无线传感器网络路由协议研究【开题报告】

毕业设计开题报告计算机科学与技术无线传感器网络路由协议研究选题的背景与意义选题背景随着微机电系统、无线通信技术、微型传感器技术和嵌入式技术的飞速发展，集数据采集、处理及通信功能于一体的无线传感器网络开始得到广泛的研究。网络层的路由协议是无线传感器网络研究的关键问题之一，它完成把数据分组从源节点引导到目的节点的功能。无线传感器节点是随机分布，电池供电，绝大部分的能量消耗是集中在无线通讯模块上，约占整个传感器节点能量消耗的80%。因此，目前提出的传感器节点通讯网络路由协议主要是围绕着减少能量消耗延长网络生命周期而进行设计的。AOMDV多路径路由协议是无线传感器网络最重要的协议之一。通过它可以获得多条通信路径并且能够减少路由发现延迟，实现负载均衡，能够显著节省节点能量和防止瓶颈的产生。LEACH协议是传感器中具有负载均衡的很有用的一种协议。LEACH协议以循环的方式随机选择蔟首节点，将整个网络的能量负载平均分配到每个传感器节点中，从而达到降低网络能源消耗、提高网络整体生存时间的目的。这两种协议的研究对无线传感器路由协议的改进有很大帮助。由于无线信道的广播特性，无线网络中任一节点发送的无线信号都可能被其通信范围的节点接收到。当局部空间范围内有两个以上的节点同时发送时，就有可能在接收节点处发生信号叠加，造成冲突，以至于接收节点无法正确接收到发送的信息。有效协调多个节点共享信道资源，避免冲突发生时无线网络面临的关键问题之一，直接影响着无线资源的使用效率、网络吞吐和时延等重要性能。所以，媒质接入控制（MAC）协议的研究也是无线传感器网络的重要课题之一。课题意义无线传感器网络是当前信息领域研究的热点，路由技术是无线传感器网络通信层的核心技术。目前，无线传感器网络路由协议研究的首要目标就是能量的高效利用，通过对网络层的路由协议的研究和分析，总结出优化的措施，同时基于NS2仿真平台对LEACH协议和AOMDV协议进行仿真和实验，在实验的基础上，对协议给予改进和优化，设计有效的路由协议来提高通信质量、降低能量损耗、延长网络的生存时间，这是无线传感器网络的核心问题之一。同时，在MAC层上，也有相应的协议，用于保证整个传感器网络的正常通信。通过对S-MAC协议的理论原型的建立和仿真测试，总结出其节省能量的方法。双管齐下，对路由协议进行研究的同时，也对MAC层协议加以分析，对提高无线传感器网络的性能有很大帮助。研究的基本内容与拟解决的主要问题：1、研究的基本内容是：(1)深入理解和掌握无线传感器网络的基本技术原理(2)分析和研究无线传感器路由协议①通过对实际场景进行理论分析，建立LEACH协议的理论原型。主要通过综合考虑候选节点的地理位置、剩余能量等参数来进行网络协议的选择，从而有效地降低能量与位置不佳的节点被选为簇首的可能性，进一步保证网络内节点能量负载的均衡性，提高LEACH协议优化能量使用效率的性能。②利用NS2平台对建立的LEACH协议的理论模型进行实际的仿真测试，并对LEACH协议中网络生命周期、存活节点个数等方面性能进行分析。③通过对实际场景进行理论分析，建立AOMDV协议理论原型。主要通过如何在多路径中选择最短路径以及减少太长的路径的路由信息等方面来优化AOMDV协议，以避免出现长路径路由，实现减少时延，均衡负载效果。④利用NS2平台对建立的AOMDV协议的理论模型进行实际的仿真测试，并对LEACH协议的网络时延、路由寻找、负载均衡传输等方面性能进行分析。(3)分析研究MAC层协议通过对实际场景进行理论分析，建立S-MAC协议的理论原型。针对S-MAC协议存在无法使节点的活动时间根据通信负载动态变化以及节点休眠带来的延迟问题进行研究和分析，给予改进，利用NS2平台对建立的理论原型进行实际的仿真测试，并对其性能进行分析。2、研究拟解决的主要问题：(1)LEACH协议：对实际场景中LEACH协议进行分析并建立理论模型，在NS2环境中搭建LEACH协议，依据仿真后的数据，分析出LEACH协议的性能。并对LEACH协议进行总结和分析，给予改进后仿真验证。(2)AOMDV协议：对实际场景中AOMDV协议进行分析并建立理论模型，在NS2环境中搭建AOMDV协议，依据仿真后的数据，对其进行分析，并作出改进，然后进行仿真验证。(3)MAC层协议：对根据实际场景分析建立的S-MAC协议理论原型进行仿真测试，依据仿真后的数据，分析其各种能量消耗方式中节省能耗的方法，比如：空闲侦听、冲突、串音和控制开销。研究的方法与技术路线：1、研究的方法由于本课题的独特性加上难度方面的因素，目前所能采用的主要研究方法是理论论证结合实验和建模分析的研究方式。对于MAC层的S-MAC协议主要采用的是理论论证的方式；对于网络层的路由协议LEACH协议和AOMDV协议采用实验研究和基于模型的方式来进行深入分析。2、技术路线本课题中所包含的技术路线主要包括：(1)LEACH协议的研究和改进，在NS2平台中搭建LEACH协议仿真环境（用C++语言添加或修改协议模块），并用NS2平台建立仿真拓扑（用OTCL语言编程实现），依据仿真后的数据，分析LEACH协议的性能（用awk脚本语言编程进行分析），并在gnuplot下编程显示分析结果。(2)AOMDV协议的研究与改进，在NS2平台中搭建AOMDV协议仿真环境（用C++语言添加或修改协议模块），并用NS2平台建立仿真拓扑（用OTCL语言编程实现），依据仿真后的数据，分析AOMDV协议的性能（用awk脚本语言编程进行分析），并在gnuplot下编程显示分析结果。(3)S-MAC协议的研究与分析，在NS2平台中搭建S-MAC协议仿真环境（用C++语言添加或修改协议模块），并用NS2平台建立仿真拓扑（用OTCL语言编程实现），依据仿真后的数据，分析S-MAC协议的性能（用awk脚本语言编程进行分析），并在gnuplot下编程显示分析结果。四、研究的总体安排与进度：本课题的总体安排和进度主要可以分成以下几个方面：1、2010年12月—2011年1月：开题阶段，主要是熟悉课题，并收集相关的资料和书籍进行阅读和领悟。2、2011年2月—2011年3月：理论研究阶段，收集文献综述，并设计相关的理论模型。3、2011年4月—2011年4月30，结合理论模型，设计具体的实施方案，并在仿真环境中进行仿真实验，同时对数据进行分析和研究。在以上基础上，提出问题，并进行相关的扩展和学习。4、2011年5月1-5月30，对研究所得到的数据和结论进行归纳，以报告的形式进行总结，最后完成本课题的研究和学习。主要参考文献：[1]UCBerkeley,LBL,Xero研究人员.NS手册，2007.[2]JaeChungandMarkclaypool,NS2Byexample，2005.[3]柯志亨等.NS仿真实验——多媒体和无线网络通信[M].电子工业出版社，2009.[4]戴世瑾，张翼德等.无线传感器网络的路由协议研究与分析[J].计算机应用研究，2006,23(12):294-297.[5]孙利民.无线传感器网络[M].清华大学出版社，2005.[6]于宏毅，李鸥等.无线传感器网络理论、技术与实现[M].国防工业出版社，2008.[7]张少军.无线传感器网络技术及其应用[M].中国电力出版社，2010.[8]金光.网络技术实践教程[M].电子工业出版社，2009.[9]XiaofangLi,YingchiMao.ASurveyonTopologyControlinWirelessSensorNetworks.Nanjing,China，2008.[10]HeinzelmanWR.ChandrakasanA.BalakrishnanH.AnApplication-SpecificProtocolforWirelessMicrosensor