无线传感器网络数据汇聚协议ctp的仿真与研究new

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1、万方数据2011年3月15日第34卷第6期现代电子技术ModernElectronics7FechniqueMar．2011V01．34No．6无线传感器网络数据汇聚协议CTP的仿真与研究陈健，杨志义，王敏(西北工业大学计算机学院．陕西西安710129)摘要：大规模部署的无线传感器网络中。节点状态变化极易导致数据投递率降低。为了建立无线传感器网络应用仿真平台．研究提高数据投递率的方法。通过分析TinyOS操作系统中数据汇聚协议CTP的实现机制以及基于NS2实现CTP协议的原理和方法，采用一种新思路．将TinyOS基于组件化编程思想实现的CTP协议移

2、植到基于面向对象的NS2中。实现了CTP的链路质量评估、信标帧传输控制和数据包转发重传等重要机制，最后进行了NS2仿真实验。仿真结果表明，CTP协议具有高可靠性。关键词：无线传感器ITinyOS操作系统I数据；12聚协议CTPfNS2仿真中图分类号：TN919-34ITP393．04文献标识码：A文章编号：1004-373X(2011)06-0089-05ResearchandSimulationofCTPProtocolforWirelessSensorNetworkCHENJian．YANGZhi—yi．WANGMin(Departmentof

3、ComputerScience．NorthwesternPolytechnicalUniversity．Xi’an710129．China)Abstract：Inthelightoflowdatadeliverratiocausedbyinconsistentnodesinlarge-scalemulti—hopwirelesssensornet—work。themechanismofCTPaggregationprotocolinTinyOS，aswellastherealizationofCTPbasedonNS2areanalyzed．Ane

4、wschemeisproposedthatCTPprotocolistransplantedfromcomponent·basedTinyOSintoobject—orientedNS2，whichfulfillslinkqualityestimation．beaconframetransmissioncontrolanddatapacketforwarding，etc．SimulationresultsshowthatCTPprotocolhashighreliability．Keywords：wirelesssensor；TinyOS；CTPa

5、ggregationprotocollNS2simulation0引言无线传感器网络(WirelessSensorNetwork。WSN)由大量具有信息采集、数据处理和无线通信能力的传感器节点组成，节点间通过无线多跳通信方式形成自组织网络系统，在军事、民用和工业生产等领域有广阔的应用前景⋯。汇聚协议作为WSN应用核心协议，一般提供到根节点的尽力、多跳传输．负责将节点产生的数据汇聚到基站。然而，在无线网络中不准确的链路质量估计、链路动态性和路由循环等因素导致汇聚协议的不可靠性。CTP协议是TinyOS中基于树的汇聚协议，它采用三种机制有效解决了无线传

6、感器网络中传输的不可靠性心]。第一，链路质埴估计机制，利用数据包和信标帧的双莺反馈有效地进行单跳链路质量估计，解决了链路质最估计不准确的问题；第二，CTP利用Trickle算法控制信标帧传输，在拓扑比较稳定的情况下，发送的信标帧较少．减少由于无线传感器网络链路动态变化时的路由开销；第三．CTP利用数据包作为拓扑探测帧。收稿日期：20lO一10—18誓盒项目：国家“863”计划资助项目(2009AAllZ203)能够快速发现并解决路由循环和路由失效问题。大量的实验表明，CTP是一种可靠、健壮、有效的数据汇聚协议。并且具有良好的硬件无关性；CTP的数据

7、投递率达到90％以上L3J。在实际应用中，无线传感器网络的大规模部署还存在一定困难⋯，节点状态变化导致多跳路由数据投递率低。所以本文深入分析了CTP协议的原理，将其移植到NS2中。进行了性能评估，为无线传感器网络的实际应用提供理论研究基础。实验结果表明，CTP协议能够在整个网络中形成一棵最优链路质量树，具有较高数据投递率。lCTP协议CTP协议的基本思想是建立一棵以汇聚节点为根的收集树．网络中的节点通过这颗树将监测到的数据传给汇聚节点。每个节点维护自己和邻居节点之间的双向链路质量评估，并根据评估值选择链路质量最好的邻居节点作为父节点，将数据发送给父

8、节点。CTP协议在功能模块上分为3部分：链路估计器、路由引擎和转发引擎¨]。链路估计器负责建立和维护当前节点和邻居节点间的