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特定环境下无线传感器网络的组播路由算法研究

作　者: 潘貌
导　师: 李小坚；李仁发
学　校: 湖南大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线传感器网络特定环境组播路由区域划分分簇结构组播树
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

无线传感器网络是一种特殊的无线自组网络,由大量体积小、廉价的、计算和存储能力及通信能力都有限的节点组成的多跳、临时性自治系统。网络能广泛应用于灾难求助、临时会议、战场侦查等场合。这些应用有一个共同的特征,就是采用一到多或多到多的数据传输形式。如果利用单播或者广播来实现这些应用,就会增大网络的信息传输量并且阻塞网络。而采用组播通信,不仅能减轻发送端系统的处理负荷,也降低了网络带宽的使用。因此,对于通信带宽、能量等极其受限的无线传感器网络来说,采用组播通信机制来实现传感器网络的路由问题是十分必要的。目前所提出的多种组播路由协议都有这样或那样的缺点,其原因是无线传感器网络本身所固有的特点和应用的不同环境,使得设计一个能应用于所有环境的通用协议是非常困难的。组播路由协议中树型结构数据转发快,但不适合拓扑变化频繁的网络;网格型结构有较好的强健性,但开销和负载大;而混合型结构太复杂,这无疑为组播路由协议的研究带来沉重的思考。针对不同环境监控,本论文中分别提出了适用于森林和矿井环境的组播路由算法。对于森林区域监控,在这种环境中假定节点的位置已知,提出一种基于区域的分簇型组播路由算法,算法的基本原则是首先把整个森林区域分为虚拟的单元格,在每个单元格中选择最有能力承担核心(簇首)的节点,利用簇首之间的通信来搭建组播树。该算法能大大减少树的大小,特别是适用于规模较大的网络,还能使簇首均匀的分布在监测区域内,能有效的延长网络生命周期,并能使网络能量消耗最小化。而对于矿井区域监控,在这种环境中假定节点一部分已经固定,一部分是移动的,提出一种基于树型结构的分层组播路由算法,这种算法利用了井下坑道的特殊性布设了固定的网络拓扑,当有节点加入或离开才进行局部的拓扑改变,使得整个网络的生命周期延长,并能实时地监测矿井下的各种情况。本论文中提出的两种算法都是应用于特定环境下的无线传感器网络组播路由算法,有一定的局限性,但是这些制约条件是不难满足的,所以两种算法能够有效的优化网络路由,扬长避短,达到良好效果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
第1章绪论  12-15
  1.1 研究课题的来源  12
  1.2 研究的背景和意义  12-13
  1.3 论文主要研究内容及章节安排  13-15
第2章重要概念及相关研究综述  15-28
  2.1 无线传感器网络概述  15-20
    2.1.1 无线传感器网络的产生和发展  15-16
    2.1.2 无线传感器网络的特点  16-17
    2.1.3 无线传感器网络的研究与应用  17-19
    2.1.4 本论文特殊环境的无线传感器网络应用  19-20
  2.2 组播技术  20-26
    2.2.1 网络数据传输方式  21-22
    2.2.2 组播技术发展简史  22
    2.2.3 组播网络的体系结构  22-26
    2.2.4 组播技术的应用  26
  2.3 小结  26-28
第3章组播路由算法分析  28-44
  3.1 固定网络中组播路由算法分析  28-30
    3.1.1 距离向量组播路由算法  28
    3.1.2 协议无关组播算法  28-29
    3.1.3 开放式组播最短路径优先算法  29-30
    3.1.4 有核树组播路由算法  30
  3.2 无线自组网络中组播路由算法分析  30-35
    3.2.1 蜂窝网中的组播算法  30-31
    3.2.2 Ad-hoc 网络中的组播算法  31-35
  3.3 无线传感器网络中组播路由算法分析  35-42
    3.3.1 基于树的组播路由算法  36-38
    3.3.2 基于能量的组播路由算法  38-39
    3.3.3 基于组群区域的组播路由算法  39-41
    3.3.4 无线传感器网络组播路由算法比较  41-42
  3.4 组播路由算法的设计问题讨论  42
  3.5 小结  42-44
第4章适用于森林环境的无线传感器网络组播路由算法  44-52
  4.1 引言  44
  4.2 算法的具体描述  44-47
    4.2.1 算法的基本思想  44-45
    4.2.2 算法的具体过程  45-47
  4.3 OMNET++仿真软件介绍  47-48
  4.4 算法的模拟仿真和分析  48-51
    4.4.1 参数的选定  48
    4.4.2 仿真拓扑图与分析  48-49
    4.4.3 仿真结果分析  49-51
  4.5 小结  51-52
第5章适用于矿井的无线传感器网络组播路由算法  52-60
  5.1 引言  52
  5.2 矿井下无线传感器网络  52-54
    5.2.1 矿井监控系统结构  53
    5.2.2 总体设计方案  53-54
  5.3 矿井下路由算法  54-55
  5.4 算法的具体描述  55-57
    5.4.1 算法的基本思想  55-56
    5.4.2 算法的具体过程  56-57
  5.5 算法的模拟仿真和分析  57-58
  5.6 小结  58-60
结论  60-62
参考文献  62-68
致谢  68-69
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  69

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