一种LR-WPAN网络节能的路由算法研究

【摘要】：随着科学技术的日新月异，物联网已经悄无声息的进入了人们的视野，物联网给人们的未来生活带来了无限的遐想。然而目前物联网的发展还处于萌芽阶段，还有很多困难和挑战等待研究学者们解决，特别是针对一些复杂恶劣的环境，能耗问题是物联网面临的一个巨大的挑战。本文主要是针对物联网中的底层传感网络中路由层存在的问题展开研究，通过对底层网络路由算法的研究，来解决网络中能耗较大的难题，进而延长整个底层网络的生命周期，提高整个物联网的性能，推动物联网在复杂恶劣的环境下的应用。 本文的研究主要围绕着底层传感网中应用比较广泛的LR-WPAN网络展开，LR-WPAN网络中现有的路由算法主要有：簇树路由算法、AODVjr路由算法和ZBR混合路由算法，本文在分析各种算法的优势和不足的基础上，综合考虑国内外研究学者的研究方案，提出了自己的解决方案，本文创新点主要有两个。 1.将多径路由算法的思想融入到AODVjr路由算法中，形成一种新的路由解决方案——多径AOMDVjr路由算法，通过算法的分析和实验结果的验证，证明了将多径路由算法的思想融入到LR-WPAN网络中具有可行性。 2.在研究了链路成本、LQI值，节点剩余能量和链路剩余总能量对数据传输的影响的基础上，提出了可能的传输次数和节点能量阈值的概念，综合考虑几种因素对网络的影响，提出了用于路径选择的选择概率，按照选择概率的大小，将多条路径进行排序，分清主次，在数据传输时按照主次顺序传输；在路由维护阶段，有两种情况，一种是主路由失效后立即启用对应选择概率的备用路由，这样可以减少再次的路由请求过程，减少不必要的能耗和时延；另一种是当发现主路由的选择概率低于备用路由或者能量标志位为0时，启用备用路由，则备用路由变为主路由，原来的主路由按照选择概率的大小排序到相应的位置。按此路由策略进行主次路由的选取，进而实现均衡网络中节点的能量消耗。 本文在Linux平台下采用NS2网络仿真软件作为验证算法的仿真工具。在对NS2实现机制和工作原理分析的基础之上，首先是在对原有协议实现的基础之上，对所提出的改进算法进行实现，然后根据仿真环境编写TCL脚本文件，最后通过分析得到的trace文件，编写相应的awk文件，得到算法的实验数据，通过gnuplot画图工具，将实验数据以图形的形式表现出来。算法分析的性能指标分别为：分组投递率、路由控制开销，传输时延和节点剩余能量。实验结果表明，本文所提出的算法在各项性能指标方面均有所改善和提高。 【关键词】：LR-WPAN 物联网 多径路由 能量消耗 选择概率
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN929.5;TP391.44
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 引言11-12
• 1.2 LR-WPAN/ZigBee 技术及研究12-16
• 1.2.1 LR-WPAN/ZigBee 概述12-14
• 1.2.2 LR-WPAN/ZigBee 研究现状14-16
• 1.3 LR-WPAN/ZigBee 网络的节能算法的研究现状及存在问题16-17
• 1.4 本文的主要研究内容及章节安排17-19
• 第2章 IEEE802.15.4/ZigBee 网络协议分析19-35
• 2.1 引言19
• 2.2 IEEE802.15.4 标准19-26
• 2.2.1 IEEE802.15.4 物理层(PHY)20-22
• 2.2.2 IEEE802.15.4 媒体访问控制层(MAC)22-26
• 2.3 ZigBee 协议规范26-29
• 2.3.1 ZigBee 协议网络层(NWK)26-28
• 2.3.2 ZigBee 协议应用层(APL)28-29
• 2.4 ZigBee 组网机制29-34
• 2.4.1 ZigBee 网络的设备类型29
• 2.4.2 ZigBee 网络的拓扑结构29-31
• 2.4.3 ZigBee 技术的组网过程31-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 LR-WPAN/ZigBee 网络层路由算法的研究35-43
• 3.1 引言35
• 3.2 LR-WPAN/ZigBee 网络层路由算法的分析35-42
• 3.2.1 Cluster-Tree 路由算法35-37
• 3.2.2 AODVjr 路由算法37-42
• 3.2.3 ZBR 路由算法42
• 3.3 本章小结42-43
• 第4章 基于多径路由协议的 AOMDVjr 路由算法的研究43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 AOMDV 路由算法的研究43-46
• 4.3 AOMDVjr 路由算法的研究46
• 4.4 算法仿真及分析46-52
• 4.4.1 仿真环境47-48
• 4.4.2 实验结果及分析48-52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 基于能量均衡的 B-AOMDVjr 路由算法的研究53-63
• 5.1 引言53
• 5.2 能量均衡的 B-AOMDVjr 路由算法的研究53-59
• 5.2.1 影响路由判据的重要因素53-57
• 5.2.2 算法的执行过程57-59
• 5.3 算法仿真及分析59-62
• 5.4 本章小结62-63
• 第6章 总结与展望63-65
• 6.1 总结63-64
• 6.2 展望64-65
• 参考文献65-69
• 作者简介69
• 攻读硕士学位期间的科研成果69-70
• 致谢70

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