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野生动物监测中无线传感器网络路由协议的设计与实现

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第一章绪论

1.1课题背景

1.2研究的目的和意义

1.3本文工作

1.4论文组织

第二章WSN及野生动物监测应用概述

2.1无线传感器网络的定义

2.2无线传感器网络的体系结构

2.2.1无线传感器网络的网络体系结构

2.2.2无线传感器网络的节点结构

2.3无线传感器网络的特点

2.4无线传感器网络的节能策略

2.4.1通信模块的节能策略

2.4.2路由协议的节能策略

2.5 WSN在野生动物监测中的应用

2.5.1野生动物监测的意义

2.5.2现有野生动物的监测手段

2.5.3 WSN在动物监测中现有的应用

2.6本章小结

第三章无线传感器网络路由协议的研究

3.1无线传感器网络路由协议概述

3.2无线传感器网络路由协议的关键技术问题

3.3无线传感器网络路由协议的设计要求

3.4无线传感器网络路由协议的分类

3.4.1以数据为中心的路由协议

3.4.2集群结构的路由协议

3.4.3基于地理位置信息的路由协议

3.4.4基于QoS的路由协议

3.4.5不同种类间路由协议的分析

3.5几种典型的基于地理位置信息的无线传感器路由协议

3.5.1 LAR路由算法

3.5.2 GAF路由算法

3.5.3 GPSR路由算法

3.5.4 GEAR算法

3.5.5 SELAR算法

3.6动物监测中WSN的路由算法

3.7本章小结

第四章用于野生动物监测的无线传感器路由协议EELAR

4.1野生动物监测对WSN路由协议设计的要求

4.2 SELAR路由协议的不足

4.3 EELAR路由协议描述

4.3.1路由转发表的建立与维护

4.3.2数据转发策略

4.3.3节能策略

4.4本章小结

第五章EELAR路由协议的实现

5.1硬件实现

5.2TinyOS操作系统简介

5.3 EELAR路由协议实现

5.3.1总体设计

5.3.2路由表建立和维护模块

5.3.3数据转发模块

5.3.4睡眠模块

5.3.5数据融合模块

5.4本章小结

第六章EELAR协议仿真与实测

6.1 EELAR仿真测试

6.1.1 NS2仿真环境简介

6.1.2仿真过程

6.1.3仿真结果及分析

6.2 EELAR实际测试

6.2.1测试环境

6.2.2测试方案

6.2.3测试项目及结果分析

6.3模拟与实际测试结果对比

6.4本章小结

总结与展望

参考文献

致 谢

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摘要

随着传感器技术、微电子技术、嵌入式计算技术和无线通信等技术的进步,无线传感器网络(wirelessSensornetworks)得以迅猛发展,成为计算机学科的一个新领域,具有十分广阔的应用前景。它是由部署在监测区域内,大量廉价微型的传感器节点,以无线通信方式形成的一个自组织的网络系统,其目的是协作的感知、采集和处理网络覆盖区域内的信息,并发送给监测者。其中野生动物监测是无线传感器网络应用的一个重要领域。 本文以野生动物监测为应用背景,针对无线传感器网络路由在野外动物监测应用中所遇到的问题进行研究和改进。野生动物监测中无线传感器网络路由协议设计的首要目标是节约能源,有效延长网络生命周期。本文对现有的无线传感器网络路由协议进行分析研究,针对这些协议存在的整体能耗高、网络生命周期短等缺点,在SELAR路由协议基础上,对SELAR路由协议进行了改进,改进后的路由协议称为EELAR。在EELAR中,分别在转发策略和节能策略两个方面对SELAR进行了改进。本文主要工作如下: (1)针对SELAR的转发机制,提出了新的转发算法:当节点需要发送数据时,遍历邻居节点路由表。根据节点的能量、位置、转发数据量等信息计算出转发代价最小的邻居节点,然后将数据通过该节点转发出去。 (2)针对野外长期监测的需求提出了三种节能策略:在通信模块上通过调节数据发射功率来实现节能;在核心节点上通过简单的数据融合机制来使网络中节点间的能耗更均衡;另外在整个网络中实行睡眠机制。通过这三种节能策略实现延长网络生命周期的目的。 (3)分别在NS2仿真平台和真实环境中对EELAR进行了测试,测试结果表明使用改进后的路由协议整个网络能耗水平低、网络生存时间长、节点间能耗均衡,能充分满足野外动物监测的需求。

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