无线传感器网络节点操作系统和路由节能问题的研究

【摘要】： 无线传感器网络是新兴的下一代传感器网络,通常包括传感器节点(sensor node)、汇聚节点(sink node)和管理节点,可应用于布线和电源供给困难的区域、人员不能到达的区域(如受到污染、环境不能被破坏或敌对区域)和一些临时场合(如发生自然灾害时,固定通信网络被破坏)等,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知,采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观察者。它具有不需要固定网络支持,具有快速展开,抗毁性强等特点。 目前,无线传感器网络系统的研究主要包括网络拓扑结构,节点硬件平台,节点软件体系结构,如链路层协议,路由层协议和管理软件等。本文先详细说明了依托国家发改委“IPv6无线传感器网络节点”项目,自主设计和实现的基于CC2420的无线传感器网络节点操作系统TaraxOS。由于节点能量的有限性,因此基于能量的路由协议研究也是一大研究热点。接下来,本文在针对分簇组网路由协议,分析了簇建立过程和稳定运行阶段的特点,找出了一些存在的问题,并给出了相应的解决方案,对于簇建立后稳定运行过程,论文提出了最优簇首轮换周期;对簇头相互转发数据时的能耗不均匀问题,本文运用NeLMUK-DP算法来寻找基于能耗均衡的最优路由,最后依据NS-2仿真实验验证了基于最优簇头轮换周期的OUR-LEACH协议和簇头之间的能耗均匀路由。论文最后对目前研究的成果进行了总结,并指出了研究工作中的一些缺点和不足之处,以及进一步改进与后续工作的方向。 【关键词】：无线传感器网络 TaraxOS 分簇路由协议 最优簇首轮换周期 能耗均匀
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 无线传感器网络的概念简介10-11
• 1.2 无线传感器网络的兴起历史与特点11-12
• 1.3 无线传感器的应用与前景12-13
• 1.4 无线传感器网络的研究现状及进展13-14
• 1.5 本文研究的主要内容与章节安排14-15
• 第二章 无线传感器网络研究热点概述15-27
• 2.1 无线传感器网络节点操作系统概述15-16
• 2.2 无线传感器网络路由协议16-20
• 2.2.1 无线传感器网络路由协议概述16-17
• 2.2.2 无线传感器网络路由协议分类17-20
• 2.3 无线传感器网络的能耗研究20-26
• 2.3.1 节点能量消耗源20-21
• 2.3.2 节点各层的能量优化策略21-22
• 2.3.3 主要的节能策略举例22-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 无线传感器网络节点操作系统TARAXOS27-40
• 3.1 节点操作系统TARAXOS 的设计27-33
• 3.1.1 TaraxOS 的任务调度28-30
• 3.1.2 TaraxOS 的内存管理30-31
• 3.1.3 TaraxOS 的中断管理31-33
• 3.2 系统工作流程33-36
• 3.2.1 系统的运行流程33-34
• 3.2.2 节点自组织入网34
• 3.2.3 数据处理34-36
• 3.3 系统运行性能和功耗分析36-39
• 3.3.1 节点数据处理37-38
• 3.3.2 节点功耗38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 分簇组网路由协议的改进研究40-59
• 4.1 LEACH 协议改进40-50
• 4.1.1 LEACH 协议算法描述40-42
• 4.1.2 LEACH 协议的探讨改进42-50
• 4.2 能量均衡消耗路由的研究50-58
• 4.2.1 背景介绍50
• 4.2.2 问题描述50-51
• 4.2.3 网络模型概述51-52
• 4.2.4 理论研究分析52-58
• 4.3 本章小结58-59
• 第五章 实验及结果分析59-69
• 5.1 仿真最优簇首轮换周期59-63
• 5.1.1 仿真环境的建立59-60
• 5.1.2 结果分析60-63
• 5.2 验证能量均衡消耗路由63-68
• 5.2.1 实验场景建立63-64
• 5.2.2 结果分析64-68
• 5.3 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果74-75

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