本文關鍵詞：基于虛擬坐標的無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著無線通信、傳感器技術和微機電系統(tǒng)等技術的進步,針對無線傳感器網(wǎng)絡的研究和應用得到了不斷的發(fā)展。無線傳感器網(wǎng)絡是一種自組織、低功耗、分布式的無線多跳通信網(wǎng)絡。網(wǎng)絡中的傳感器節(jié)點通常采用電池供電,能量受限。而且由于應用環(huán)境復雜,很多外部因素均會對網(wǎng)絡造成影響,從而導致拓撲結構復雜多變。無線傳感器網(wǎng)絡以數(shù)據(jù)為中心,保證數(shù)據(jù)順利傳輸并提高傳輸過程中能量的有效性和傳輸?shù)目煽啃允菬o線傳感器網(wǎng)絡研究的重要內(nèi)容之一。無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議是無線傳感器網(wǎng)絡的核心組成部分,是數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡內(nèi)得以順利傳輸?shù)年P鍵。用戶不僅關心數(shù)據(jù)本身所包含的信息,信息的獲得位置也至關重要。利用節(jié)點的地理位置信息,并以其他節(jié)點的位置信息為路徑選擇的依據(jù),可以簡化路由設計,提高路由效率,因此,研究設計基于位置信息的路由協(xié)議具有重要的意義。本論文對路由空洞的形成和避免進行了總結分析,在此基礎上,對利用虛擬位置信息的路由協(xié)議解決空洞問題的方法進行了研究,并提出了一系列有效旁路路由空洞的路由協(xié)議。本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新如下：(1)介紹了無線傳感器網(wǎng)絡的結構和特點,無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的特點和路由協(xié)議的分類；重點分析了基于虛擬坐標的無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的研究方法、研究現(xiàn)狀和研究意義。(2)從如何避免出現(xiàn)路由空洞的角度出發(fā),分析了基于位置信息的路由協(xié)議中存在的路由空洞問題。在對路由空洞基本問題進行分析的基礎上,提出了判別網(wǎng)絡內(nèi)部是否存在空洞的方法,判別方法分別以網(wǎng)絡規(guī)模和邊緣節(jié)點規(guī)模為出發(fā)點,可以為實際應用中的節(jié)點部署提供參考,使部署后的網(wǎng)絡不會出現(xiàn)路由空洞問題。在此基礎上,分析了無路由空洞的網(wǎng)絡邊緣結構特征,提出了將該結構和虛擬坐標相結合克服路由空洞影響的方法。(3)對基于位置的無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議和路由空洞問題進行了分析。針對路由空洞問題,先后出現(xiàn)了空洞隔離法、洪泛法和邊緣轉發(fā)等能夠使數(shù)據(jù)包順利繞過空洞到達目的節(jié)點的算法。但能量消耗、控制開銷和路徑優(yōu)化問題仍有待改進。而且由于空洞隔離法等算法并不能保證網(wǎng)絡內(nèi)所有節(jié)點的數(shù)據(jù)傳輸,這就破壞了網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的完整性。同時,利用邊緣轉發(fā)等機制的地理位置算法,路徑往往得不到優(yōu)化,而且邊緣轉發(fā)控制包開銷較高,不利于網(wǎng)絡節(jié)能。針對在處理路由空洞時具有較高的控制包開銷以及傳輸時延的問題,提出了一種基于虛擬坐標映射有效旁路路由空洞的無線路由協(xié)議BVR-VCM。該協(xié)議的基本思想是通過將空洞邊緣節(jié)點映射成位于能夠覆蓋整個空洞的一個虛擬同心圓上的虛擬節(jié)點,從而使無規(guī)則的空洞邊緣節(jié)點轉換成有規(guī)則的圓形邊緣網(wǎng)絡結構,映射后的有規(guī)則邊緣結構有利于降低平均路由路徑長度,從而降低傳輸延遲；由于虛擬坐標不受目的節(jié)點位置的影響,利用建立的虛擬坐標進行中繼節(jié)點選取,可以防止貪婪模式路由失敗,達到有效旁路路由空洞的目的,進而可以降低控制包開銷。理論分析和仿真結果均表明,提出的路由協(xié)議在數(shù)據(jù)包傳輸成功率、控制包開銷和能量消耗方面有顯著的優(yōu)勢。(4)在BVR-VCM的基礎上,通過使用不同的空洞周邊區(qū)域劃分方法和映射算法,提出了兩種基于虛擬坐標的路由協(xié)議BVR-VRC和R-GVI。BVR-VRC路由協(xié)議通過不同的空洞周邊區(qū)域的劃分方法,使路由路徑的選擇過程得到簡化,降低了協(xié)議的復雜度。R-GVI路由協(xié)議則通過改變虛擬映射算法,使映射后的得到的邊緣虛擬坐標更能反映實際路由空洞的邊緣結構。仿真結果表明,網(wǎng)絡工作時間越長,發(fā)送單位數(shù)據(jù)包的平均能量消耗越小。(5)在構建邊緣虛擬坐標的基礎上,建立了圍繞路由空洞的多級虛擬坐標系統(tǒng)。根據(jù)不同的性能目標,提出了兩種基于虛擬坐標的路由協(xié)議BMVC-E-n和BMVC-P-n。利用多級虛擬坐標,可以使數(shù)據(jù)包更早的獲知周邊路由空洞的信息。BMVC-E-n路由協(xié)議以均衡能量為目標,在選擇中繼節(jié)點時優(yōu)先考慮各級虛擬節(jié)點的能量消耗,利用數(shù)據(jù)包分流措施達到空洞周邊節(jié)點能量均衡的目的；BMVC-P-n以最短路徑為目標,通過使用臨時目的節(jié)點使數(shù)據(jù)包提前向內(nèi)層虛擬映射圓的邊緣傳輸,達到傳輸路徑和傳輸延遲的最優(yōu)化。
【關鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡 地理位置路由協(xié)議 路由空洞 虛擬坐標映射
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 研究背景及意義12-13
• 1.2 無線傳感器網(wǎng)絡概述13-16
• 1.3 無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議概述16-19
• 1.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的特點16-18
• 1.3.2 無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的分類18-19
• 1.4 基于虛擬坐標的無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.4.1 基于地理位置信息的虛擬坐標路由協(xié)議19-20
• 1.4.2 基于參考節(jié)點的虛擬坐標路由協(xié)議20-21
• 1.5 本文結構安排21-22
• 第2章 基于位置信息的無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議概述22-29
• 2.1 基于位置信息的路由協(xié)議的優(yōu)勢22-23
• 2.2 地理位置路由的空洞問題23-24
• 2.3 解決路由空洞問題的基本方法24-29
• 第3章 路由空洞的基本問題研究29-37
• 3.1 路由空洞的形成分析29-34
• 3.1.1 路由空洞與網(wǎng)絡規(guī)模29-31
• 3.1.2 路由空洞與邊緣節(jié)點規(guī)模31-34
• 3.2 無路由空洞的網(wǎng)絡邊緣結構特征34-36
• 3.3 本章小結36-37
• 第4章 基于虛擬坐標解決地理位置路由中的路由空洞問題研究37-63
• 4.1 基于虛擬坐標旁路路由空洞的路由協(xié)議設計37-44
• 4.1.1 空洞探測方法37-40
• 4.1.2 虛擬坐標映射算法40-41
• 4.1.3 空洞區(qū)域劃分方法41-42
• 4.1.4 基于虛擬坐標旁路路由空洞的路由設計方案42-44
• 4.2 基于虛擬坐標旁路路由空洞的路由協(xié)議分析44-46
• 4.2.1 虛擬坐標與實際坐標的銜接處理44
• 4.2.2 路徑分析44-46
• 4.2.3 控制開銷分析46
• 4.3 仿真46-56
• 4.3.1 路由空洞大小對路由協(xié)議的影響47-52
• 4.3.2 多重空洞對路由協(xié)議的影響52-54
• 4.3.3 隨機分布網(wǎng)絡中路由協(xié)議的性能54-56
• 4.4 區(qū)域劃分和映射算法對路由性能的影響56-62
• 4.4.1 BVR-VRC路由協(xié)議56-58
• 4.4.2 R-GVI路由協(xié)議58-59
• 4.4.3 仿真59-62
• 4.5 本章小結62-63
• 第5章 基于多級虛擬坐標的地理位置路由中的路由空洞問題研究63-70
• 5.1 基于多級虛擬坐標旁路路由空洞的路由協(xié)議設計63-66
• 5.1.1 路徑優(yōu)先的路由協(xié)議64-65
• 5.1.2 能量均衡優(yōu)先的路由協(xié)議65-66
• 5.2 仿真66-69
• 5.3 本章小結69-70
• 第6章 總結與展望70-71
• 6.1 本文工作總結70
• 6.2 下一步研究計劃70-71
• 參考文獻71-81
• 致謝81-82
• 攻讀學位期間取得的成果目錄82-84
• 附件84-98
• 學位論文評閱及答辯情況表98

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

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  本文關鍵詞：基于虛擬坐標的無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：262079