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基于簇的无线传感器网络协议设计与实现

李长连  
【摘要】:随着传感器技术和通信技术的发展,无线传感器网络技术开始提出,并因为其应用的广泛性而得到越来越多的高度重视。无线传感器网络是由一组传感器节点通过无线介质连接构成的无线网络,通过节点的协同工作来采集和处理网络覆盖区域中的目标信息。无线传感器网络在环境与军事监控,地震与气候预测、地下、深水以及外层空间探索等许多方面都具有广泛的应用前景。 网络协议是无线传感器网络应用的基础技术,高效节能可靠的网络协议具有重要的研究意义。本文简要分析了无线传感器网络的体系架构,并跟踪国内外在无线传感器网络协议领域的最新进展,对网络层和MAC层的几个比较流行的协议进行了比较与总结。在此基础之上,本文提出了一种基于簇和LEPS的层次型网络路由协议CBLR。 CBLR路由协议保留了层次型网络协议在降低节点能耗,延长网络生命周期等方面的优点。同时简化了簇首选举和簇重组的过程,更加易于实现。基于异步时间和局部的簇首选举是协议的重要特色。协议首次引入了邻接表(NeighbourMap)的概念,节点竞争簇首不再是随机行为,成簇的形状更加合理,有效延长了网络生存周期。协议还充分考虑了簇首选举和簇重组给簇间路由建立所带来的影响,对移动节点提供了很好的支持能力。 论文着重介绍了CBLR路由协议的设计思想,详细讨论了邻接表建立,簇首选举、簇重组、簇间路由建立等关键算法流程。作为为数不多的几个在TinyOS平台上实现的路由协议,详细介绍了CBLR路由协议实现方案的基本框架,核心模块的功能以及彼此间的接口。对实现方案中涉及的关键数据结构,消息格式也作了仔细说明。论文还探讨了CBLR网络协议的测试方案,并结合测试数据进行了研究分析。 最终的性能测试表明CBLR协议基本达到了设计要求,在节能,网络重构,数据丢包率等方面较LEPS和Diffusion路由协议有很大改进,处于国内领先水平,对进一步研究无线传感器网络协议有重要意义。


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