论文部分内容阅读
无线传感器网络是集成了传感器技术、微电子技术、网络通信技术而形成的全新的信息获取和处理技术,是多学科交叉的前沿研究课题,在军事、工业、医疗、交通和民用等诸多方面潜在着巨大应用价值。目前,在无线传感器网络的许多研究领域已经取得了很大的进展。但是在一些关键技术上,仍然有很多的问题需要解决,研究这些关键技术对无线传感器网络的理论和应用有着十分重要的意义。本文在国内外无线传感器网络已有研究成果的基础上,对面向应用的无线传感器网络通信协议进行了较为全面深入的研究,主要的研究内容和贡献包括以下几个方面:无线传感器网络MAC层协议研究:基于对现有自组网络MAC协议分析,本文设计并实现了TM-MAC协议。TM-MAC协议有效解决无线通信中的隐藏暴露终端问题,为无线传感器网络提供了可靠的双向连接。采用实际传感器节点对协议进行大量测试实验验证了协议的有效性和正确性。通过测试不同拓扑情况下网络的连接性能得出TM-MAC协议最佳参数,为无线传感器网络工程实用化提供技术依据。无线传感器路由协议研究:从研究无线传感器网络路由协议的特点和要求入手,对现有路由算法进行分类分析,从而提出能量有效的2ETMRA路由协议,以能量为量度的分布式2ETMRA路由协议可实现大规模无线传感器网络的快速组网路由。汇聚数据依所形成的簇树状网络逻辑拓扑结构路由,有效控制网络中数据包传输个数,从而节省节点转发能耗。同时,各个簇头节点均为能量较大节点,减少由于中继节点能量耗尽失效而引起网络振荡的情况发生。通过仿真论证了2ETMRA路由协议的正确性和较优性。从无线传感器网络实际应用出发,考虑到在实际应用中无线传感器网络的节点易失效性和无线链路不稳定性的特点,基于由2ETMRA路由协议构建的簇树状网络逻辑拓扑结构,提出了RFRWSN快速重路由协议。协议在网络出现故障的局部区域进行快速修复传输路径,从而保证数据的可靠传输。无线传感器网络应用层协议研究:本文从数据的可靠传输和用户对网络运行状态和性能的监控两方面考虑,设计并实现无线传感器网络应用层协议和上位机监控软件,为无线传感器网络的工程实现提供了必要的理论基础。最后,以本课题组设计完成的TJU MOTE无线传感器网络实验系统为平台,对所提出的各层通信协议进行实际实验测试,依实验数据对协议进行修正,从而验证了所设计的无线传感器网络通信协议的正确性和有效性。立足于实际,从实际应用需求入手研究并设计了无线传感器网络通信协议为我国无线传感器网络研究和工程实用化应用提供可借鉴的技术支持和丰富的实践资料。