基于地理位置的无线传感器网络路由协议研究

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1、基于地理位置的无线传感器网络路由协议研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：洪超指导教师：熊忠阳教授专业：计算机系统结构学科门类：工学重庆大学计算机学院二O一六年四月StudyonGeographicRoutingProtocolforWirelessSensorNetworksAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByChaoHo

2、ngSupervisedbyProf.ZhongyangXiongSpecialty:ComputerSystemArchitectureCollegeofComputerScienceofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2016中文摘要摘要无线传感器网络(WSN)是由大量低成本、低功耗、处理能力低和能源受限的微型传感器节点组成的无线多跳自组织网络，各节点相互协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖区域内被感知对象的信息，最终将这些信息发送到汇聚节点(Sink)。

3、传感器的性能以及网络规模要求WSN路由协议不能过于复杂，并且需要具备良好的可扩展性。基于地理位置路由协议因其简单性与可扩展性而成为WSN中一种广受欢迎的路由协议。然而基于地理位置路由协议也不免有其缺点：时延高、冲突大。在本文中，以降低时延和减少冲突为切入点，我们分别提出了两个基于地理位置路由协议，一个是混合式Beaconless基于地理位置路由协议（HBGR），另一个是基于扇形/基于球顶锥体的转发区域划分与自适应转发区域选择路由协议（FADS）。由于不同应用对端到端时延的要求不同，我们将WSN的数据报文分为普

4、通数据和时延敏感数据。HBGR的目标是降低时延敏感数据的端到端时延，同时确保对普通数据的影响尽可能小。HBGR主要从以下几个方面来实现它的目标：1）HBGR通过混合式RTS/CTS（Request-To-Send/Clear-To-Send）握手机制为不同类型的数据提供不同的传输服务，确保了时延敏感数据在获取信道后可以持续占有信道，实现快速转发。2）HBGR在信道争用时为普通数据和时延敏感数据分配不同的争用窗口，保证了时延敏感数据可以优先获取信道。3）HBGR还提出一种基于距离的转发区域划分方案来优化转发者（

5、下一跳节点）选择，确保越靠近Sink的候选转发者有更高的概率被选为转发者。仿真结果表明，在不同的网络拥塞度下，无论是静止场景还是移动场景，与GF、OGF和AODV相比，HBGR在报文可达率、端到端时延以及能量消耗方面的表现都可圈可点。为了减少冲突，我们选择了从CTS冲突入手，分析了CTS冲突存在的原因，并将其定义分类为：同时隙冲突和异时隙冲突。FADS的目标旨在避免异时隙冲突，减少同时隙冲突，并实现网络流量的动态负载均衡。FADS主要从以下几个方面来实现它的目标：1）FADS根据2D平面和3D空间中转发区域的

6、特点，分别提出了基于扇形的转发区域划分和基于球顶锥体的转发区域划分。保证划分后的子区域中任意两个节点都可以互相侦听到对方，从而避免了异时隙冲突。2）FADS在选择转发者时，仅在发送者的某个转发子区域（目标子区域）中I重庆大学硕士学位论文查找，减少了实际参与竞争的候选转发者的数目，从而降低了同时隙冲突的概率。3）FADS的自适应转发区域选择会根据各个子区域的数据转发情况，动态调整各子区域被选为目标子区域的概率，实现网络流量的动态负载均衡。仿真结果表明，无论是在2D场景还是在3D场景中，相比GF、IGF和OGF这

7、几个相关协议，FADS在报文可达率、端到端时延以及能源消耗这几方面的性能表现都非常优秀，尤其是在节点密度高、网络拥塞的情况下表现得十分突出。关键字：RTS/CTS握手，转发区域划分，CTS冲突，自适应转发区域选择，负载均衡II英文摘要ABSTRACTInWirelessSensorNetwork(WSN),alargenumberoflow-cost,low-power,limitedprocessingcapabilityandenergyresourceconstrainedmicrosensornode

8、s,whichformawirelessmulti-hopadhocnetwork,willcollaborateforsensing,gathering,processingandtransmittinginformationofsensedobjectinnetworkcoveragearea,andthentheseinformationarebeingsenttosink.Sincethec