無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)化步伐的加快，作為物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)得到越來(lái)越深入的研究和應(yīng)用。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量處理能力、存儲(chǔ)能力、通信能力及電源能量有限的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，這些節(jié)點(diǎn)既要承擔(dān)本地環(huán)境感知任務(wù)，又要緩存、轉(zhuǎn)發(fā)、處理來(lái)自其他節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。能源消耗、通信距離、傳輸時(shí)延等成為制約無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用的因素。分簇路由協(xié)議通過(guò)引入層次路由、數(shù)據(jù)融合、周期更新等機(jī)制，能夠減少網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信量，提高能源利用效率，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期

2、，并且分簇結(jié)構(gòu)更有利于網(wǎng)絡(luò)管理、支持節(jié)點(diǎn)移動(dòng)，更適用于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。因此研究并設(shè)計(jì)合理的分簇路由協(xié)議成為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的重點(diǎn)研究課題之一。
　　本論文首先從簇頭選擇、簇的形成及數(shù)據(jù)路由三個(gè)方面深入研究和分析了典型的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由算法，包括LEACH算法、TEEN算法、PEGASIS算法和HEED算法，并從簇頭選擇算法、簇的形成速度、路由維護(hù)開(kāi)銷(xiāo)、負(fù)載均衡程度等方面對(duì)算法的性能進(jìn)行了對(duì)比。然后結(jié)合異構(gòu)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，進(jìn)一

3、步分析了分簇路由協(xié)議在異構(gòu)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的研究與發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，本文提出了一種適用于由性能差異較大的節(jié)點(diǎn)組成的異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)固定簇頭分簇路由協(xié)議。協(xié)議采用高端節(jié)點(diǎn)擔(dān)任固定簇頭的分簇方式，詳細(xì)制定了普通節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求入簇的通信協(xié)議及簇頭選擇方式，設(shè)計(jì)了綜合考慮跳數(shù)、路徑上節(jié)點(diǎn)的最小剩余能量的路徑選擇機(jī)制，并提出了一種區(qū)分實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)包和周期性數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)融合算法。
　　然后結(jié)合智能建筑設(shè)備控制的應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)了設(shè)備控制單片機(jī)節(jié)點(diǎn)硬件和軟

4、件工作流程，并且基于Linux嵌入式系統(tǒng)規(guī)劃了ARM簇頭節(jié)點(diǎn)的軟件結(jié)構(gòu)和工作流程。ARM節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)無(wú)線(xiàn)通信采用IEEE802.11b協(xié)議，與單片機(jī)節(jié)點(diǎn)通信采用IEEE802.15.4協(xié)議。
　　最后，在北京交通大學(xué)下一代互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)設(shè)備國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上搭建了驗(yàn)證系統(tǒng)，并借助PACKET Sniffer無(wú)線(xiàn)探嗅器，對(duì)本文設(shè)計(jì)的分簇路由協(xié)議進(jìn)行了功能驗(yàn)證和抓包分析。結(jié)果表明，本論文所設(shè)計(jì)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)分簇功