无线传感器网络中基于跨层设计的路由协议研究

【摘要】随着无线传感器网络的应用越来越广，具体的应用需求也越来越高，作为无线传感器网络的核心部分，路由协议已经被研究者认为是影响无线传感器网络通信质量的重要方面。一个性能良好的路由协议能够提高信息的传输速率，降低网络的能量消耗，增加网络的运行时间，从整体上提高网络通信质量。然而，无线传感器网络的信道的容量随着网络的环境、控制参数的变化而不断发生变化，导致网络拓扑多变，传统的分层路由协议无法保证较高的QoS，而且传统的网络协议保持了各层设计的独立性，不适合无线传感器网络的需要。因此，研究出性能良好的无线传感器网络的跨层路由协议仍然具有重大意义。首先论文介绍了典型的无线传感器网络的重要概念和网络体系结构，对无线传感器网络跨层设计相关知识进行了详细的介绍，接着分析了跨层设计的必要性和研究方法，并在此基础上对跨层设计的协议体系框架做了重点介绍。最后分别从路由协议的特点和未来研究面对的挑战两个方面出发，详细介绍了当前传感器网络的路由协议。然后论文提出了一种跨层设计的CLAR（Cross-layerAdaptiveRouting）协议。针对国内外现有的无线传感器网络跨层路由协议在设计时，没有考虑在发送路由控制报文前的无线网络信道状态的问题，论文将当前无线网络信道的状态纳入跨层路由设计的考虑因素中。在CLAR协议的设计中，在节点广播发送的RREQ（ReceivedRouteRequest）报文中加入CQI（ChannelQualityIndicator）字段，接收节点接收到RREQ报文后通过CQI的值判断当前无线网络的状态，如果无线网络满足要求则经过处理后返回RREP（RouteReply）报文，之后更新路由表。最后论文通过对CLAR协议进行仿真实验，并与DSR（DynamicSourceRouting）协议在性能评价指标上进行对比，仿真结果表明应用CLAR协议能够减小传感器节点的能量消耗，降低网络延迟，提高了无线传感器网络的生存时间和性能。最后论文提出了一种改进的路由协议：跨层能量均衡分簇路由协议。论文首先研究了经典的分层LEACH路由协议，分析其局限性并介绍了簇首节点的选取方法，并给出了更新簇首的方案。接着采用调整的SP（SensorProtocol）跨层体系结构，将跨层设计思想融入到路由协议当中。最后对论文提出的协议模拟仿真，通过与经典的LEACH路由协议在性能评价指标上对比，仿真结果表明论文提出的路由协议能够在保证簇首节点连通性和能耗最优化的情况下，得到最优的路由。
【作者】赵新锋；
【导师】孙文胜；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】无线传感器网络；能量有效；跨层；分簇；路由协议；

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