学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

无线传感网网络再编程关键技术研究与实现

作　者: 黄若弘
导　师: 张效义
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 军事通信学
关键词: 无线传感器网络 网络再编程 代码分发协议 固化加载机制 TinyOS
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 68次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


无线传感器网络(WSN)是由部署在监测区域内大量的传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络系统。传感器网络铺设完毕后,监测任务的改变或者网络安全的需要使网络有着渴望进行功能更新和安全升级的强烈需求。由于监测节点的物理不可达和节点数量巨大,传统的通过串口/并口线对单个节点进行代码更新的方式已不适应这种需求。网络再编程技术产生在这种背景下,它通过无线信道对整个网络进行代码镜像分发并完成代码更新。本文对网络再编程技术进行研究,研究的重点放在代码分发协议和加载机制两个方面。首先,在对已有经典代码分发协议深入研究的基础上,提出了一种支持多跳,综合考虑节点能耗和分发完成时间等诸多因素的高性能代码分发协议IDEP(an Influence, Distance and residual Energy sensitive code dissemination Protocol)。为使镜像分发具有自愈性,IDEP采用目前较为流行的传染病算法;为保证可靠性,协议采用基于NACK的重传机制;为节省能量,协议采用了基于“影响力”、距离和剩余能量的发送节点选择算法,同时对各种冗余消息进行了有效抑制,并减少对片外存储器的读写频次;为了节省分发完成时间,协议支持空间多路;为了节省和充分利用内存资源,协议采用“共享”机制共享内存和使用链表方式组织内存。本文使用TOSSIM进行仿真,仿真结果表明,IDEP和经典Deluge协议相比,分发时间相当,但消息总量更少,更加节能。其次,为进一步节省能量和完成时间,提出了一种能够运行在多跳网络下的新型的固化加载机制。能耗和分发速率均与镜像大小成正比,传统加载机制的分发镜像包含所有的通用功能,以保证代码更新后节点仍具备代码更新能力,这样导致镜像很大;固化加载机制把镜像分发等通用功能“固化”在节点上,使分发镜像只包含应用功能模块和相关基本功能模块,大大减小了分发镜像的大小,从而可观地节省了能量。文中给出了固化加载机制的镜像存储结构,设计了固化镜像和分发镜像的软件结构。仿真表明,与传统加载机制相比,该机制大大降低了能耗和缩短了完成时间。第三,在课题组开发的无线传感器网络实验平台上,基于移植到传感器节点的TinyOS操作系统,用nesc语言分别实现了协议IDEP和固化加载机制。同时,根据工程实践中对远程加载系统的具体需求,实现了多模式集成的分发加载控制机制。根据实际测试需要,还用java编写了监听软件,实现数据包的解析、过滤、统计和过程分析等。为验证相关功能,进行系统功能测试并给出了测试报告。最后,对全文进行了总结,对今后需要继续完善的工作进行了探讨和展望。

全文目录


摘要  10-11
ABSTRACT  11-13
第一章 绪论  13-25
  1.1 无线传感器网络概述  13-15
    1.1.1 网络结构  13
    1.1.2 无线传感器网络节点结构  13-14
    1.1.3 无线传感器网络特点  14-15
  1.2 网络再编程技术概述  15-18
    1.2.1 网络再编程技术产生背景  15-16
    1.2.2 网络再编程的镜像分发和加载方式  16-17
    1.2.3 远程加载系统体系结构  17-18
  1.3 经典代码分发协议  18-21
  1.4 镜像加载机制  21-23
  1.5 本文主要工作  23-24
  1.6 论文组织结构  24-25
第二章 一种高性能的代码分发协议IDEP  25-39
  2.1 代码分发协议设计需求分析  25
  2.2 IDEP 协议设计的三个假设  25-26
  2.3 IDEP 协议设计的四个核心思想  26-28
  2.4 IDEP 协议分发过程描述  28-31
    2.4.1 维持状态  29-30
    2.4.2 发送锁定状态  30
    2.4.3 发送状态  30
    2.4.4 接收锁定状态  30
    2.4.5 接收状态  30-31
    2.4.6 状态机  31
  2.5 IDEP 协议设计的关键问题  31-34
    2.5.1 基于“影响力”、距离和剩余能量的发送节点选择算法  31-33
    2.5.2 对多种的冗余消息的抑制策略  33-34
  2.6 TOSSIM 仿真环境与IDEP 协议性能分析  34-38
    2.6.1 TinyOS 操作系统及其仿真环境构架  34-35
    2.6.2 TinyOS 仿真器TOSSIM 简介  35
    2.6.3 IDEP 协议的仿真与性能分析  35-38
  2.7 本章小结  38-39
第三章 一种新型的固化加载机制  39-46
  3.1 固化加载机制设计的核心思想  39
  3.2 固化加载机制运行过程描述  39-40
    3.2.1 机制运行前的预处理  39
    3.2.2 固化加载机制的镜像分发过程  39-40
  3.3 片外存储器和编程内存的存储分布结构  40-41
  3.4 固化加载机制的软件结构设计  41-43
    3.4.1 分发协议模块  41-42
    3.4.2 网络命令解析模块  42
    3.4.3 存储模块  42
    3.4.4 消息接收转发模块  42-43
    3.4.5 辅助功能模块  43
    3.4.6 其它模块  43
  3.5 固化加载机制仿真与性能分析  43-45
  3.6 本章小结  45-46
第四章 远程加载系统功能实现与测试  46-61
  4.1 远程加载系统的软硬件环境  46-49
    4.1.1 传感器节点的硬件结构  46-47
    4.1.2 项目开发的软件环境  47-49
  4.2 远程加载系统功能实现  49-52
  4.3 网络数据包监听软件实现  52-53
  4.4 远程加载系统功能测试  53-60
    4.4.1 基本功能和协议实现测试  53-57
    4.4.2 固化加载机制的运转测试  57-59
    4.4.3 多模式集成的分发加载控制测试  59-60
  4.5 本章小结  60-61
结束语  61-63
参考文献  63-66
附录 各种消息格式  66-68
作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作  68-69
致谢  69

相似论文

  1. 无线群控技术在团体操表演中的应用与研究,G837
  2. 无线传感器网络协议栈的设计与开发,TP212.9
  3. 基于嵌入式ARM/TinyOS的ZigBee网络层协议的设计与实现,TP212.9
  4. 基于ARM7平台的zigbee协议MAC层的实现与改进,TP212.9
  5. 室内无线传感器网络的设计与实现,TP212.9
  6. 无线传感器网络分簇算法及其在TinyOS下的实现研究,TN929.5
  7. 基于RSSI的无线传感器网络测距和定位技术研究,TN929.5
  8. TinyOS在ARM2100平台上的移植及调度策略改进的研究,TP368.12
  9. 基于TinyOS的无线传感器网络节点设计与应用研究,TN929.5
  10. 应用于无线传感器网络的LDPC码研究及实现,TN911.22
  11. 基于无线传感器网络的环境监测系统研制,TP212.9
  12. 基于TinyOS的无线传感器网络节点研究与设计,TN929.5
  13. 基于TinyOS的无线传感器网络任务调度的研究与改进,TP212.9
  14. 基于TinyOS系统的IEEE 802.15.4MAC协议的实现及关键技术研究,TN915.04
  15. 传感器网络中的数据融合算法研究,TP202
  16. 基于TinyOS的无线传感器网络调度机制研究,TN929.5
  17. 基于TinyOS 8051wg的无线传感器网络路由协议研究,TP212.9
  18. 通用前馈神经网络代码库的设计,TP183
  19. 无线传感器网络的研究与应用,TN929.5
  20. 物联网中轻量级TCP/IP协议栈的设计与实现,TN915.04

中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 传感器的应用
© 2012 www.xueweilunwen.com