无线传感器网络中心计算路由协议研究实现

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随着无线传感器网络的快速发展,无线传感器网络被应用到越来越广泛的领域中。无线传感器网络作为多学科交叉领域涉及到非常多的关键技术,网络层路由协议是无线传感器网络研究的关键技术之一,针对无线传感器网络不同的应用提出了各种不同的网络路由协议。在目前路由协议的研究现状下,针对拓扑结构稳定的应用情况本文介绍并实现了一种基于中心计算2-不相交路径路由算法的集中式路由协议。首先介绍了本路由协议的系统设计方案,然后详细介绍了路由协议的实现流程,并给出了实验方案进行测试,最后根据实验数据对路由协议的性能进行分析。本文首先介绍了中心计算路由协议的工作原理,说明了路由发现,路由建立到路由维护更新的整个工作过程,并详细介绍了中心计算的2-不相交路径算法的理论基础。基于路由协议的工作原理及2-不相交路径算法的理论基础,本文给出了实现该路由协议的整体框架设计主要包括控制中心、sink节点和网络节点三个模块,给出了三个模块在网络协议中担任的角色及负责的功能,并给出了各个模块的具体实现方案。然后,详细介绍了该中心计算的路由协议的具体实现过程。从路由发现过程开始给出了网络节点的路由发现请求数据包的格式及发送过程,介绍了改进的泛洪算法,控制中心接收到路由发现请求数据包后启动中心计算算法CCDMPR,得到网络节点的两条不相交最优路径并生成微路由表及反向路由;路径建立过程,控制中心将微路由表及反向路由信息打包进路由响应数据包,根据网络节点的嵌套深度确定节点的下发顺序,按照网络节点照嵌套深度从小到大的顺序将路由响应数据包根据反向路由下发到每个网络节点;路径更新维护过程,给出了网络链路质量的估算方法,路由更新条件,路由更新方式,以及无线传感网络中出现父节点损坏、节点损坏和新节点加入等故障时路由协议的处理方法。最后,给出了路由协议的实验步骤及性能分析。首先介绍了性能测试的要点和目标,主要测试该中心计算路由协议数据传输的可靠性以及基于该路由协议的无线传感器网络的稳定性,然后介绍了实验环境以及具体的实验步骤,最后本文根据实验结果进行分析针对网络规模、数据包的接收成功率、无线传感器网络的运行时问以及故障设计来分析该路由协议的可靠性,稳定性以及对于故障的容错处理能力。基于该路由协议的无线传感器网络的数据包接收成功率在95%以上,即使在网络运行中出现父节损坏等故障时,仍可以保证这个成功率,该路由协议具有很高的可靠性和故障处理能力。本文给出的中心计算的路由协议对于智能家居等拓扑结构稳定的应用具有广阔的应用前景,该路由协议也具有很好的移植性可以使用不同中心计算算法来计算节点的最优路径。
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