无线传感器网络节能路由协议的研究

【摘要】：近年来，随着无线传感器网络相关技术的快速发展，无线传感网络技术的研究和应用也变得越来越广泛。无线传感器网络是由大量随机分布的无线传感器节点组成，其具有展开迅速，抗毁性强等优点，但传感器节点能量有限，能量补充困难等特点使得如何节省节点能量、均衡网络能耗、延长网络生存时间成为了无线传感器网络研究的一个重要课题。 设计节能有效的无线传感器网络路由算法是解决传感器网络能耗问题的主要研究方向之一。本文以节约节点能耗、延长网络生存时间为目的，以网络生存周期为主要衡量指标对无线传感器网络节能路由协议进行了研究。文章首先介绍课题研究的背景和意义，接着对无线传感器网络进行了概述。然后重点研究了无线传感器网络的节能路由协议，介绍了路由协议的分类以及一些典型的路由协议，最后提出了自己的研究工作。本文节能路由协议的研究主要包括两个方面： 第一，混合多跳路由协议的设计，混合多跳路由协议的设计中结合了分层路由协议和平面多跳路由协议的优点，用以解决无线传感器网络中因能量空洞造成的网络生命周期过短的情况。协议通过在热点区域外建立分层路由协议降低流入热点区域数据量以及在热点区域内建立平面多跳路由协议减小热点区域内节点通信能耗，防止能量空洞问题的产生。通过MATLAB平台对协议进行了仿真研究，仿真数据显示算法能有效提高网络的生存时间。 第二，基于LEACH协议的节能算法改进，与已有改进算法不同，改进的LEACH-R协议在选簇机制上增加了节点能量和节点稀疏度的考虑，同时为了防止簇头与基站间的远距离通信，算法在簇头与基站间建立多跳通信链路。算法在MATLAB平台下进行仿真并与已有改进算法进行了比较分析，仿真结果显示LEACH-R协议比LEACH协议的网络生存周期延长了近20％。 总的来说，混合多跳路由的设计和LEACH协议的节能算法改进在很大程度上均衡了网络节点能耗，延长了网络生存时间，为无线传感器网络节能路由的设计做出了一定贡献。 【关键词】：无线传感器网络 能量有效 热点问题 混合路由
【学位授予单位】：中国计量学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TN915.04;TP212.9
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 图清单11-12
• 表清单12-13
• 1 绪论13-17
• 1.1 课题的研究背景13-14
• 1.2 国内外研究现状14-15
• 1.3 论文的主要内容和组织结构15-17
• 2 无线传感器网络概述17-31
• 2.1 无线传感器网络简介17
• 2.2 无线传感器网络的体系结构17-19
• 2.3 无线传感器网络的一些基本概念19-22
• 2.4 无线传感器网络的特点及其应用22-24
• 2.5 无线传感器网络节能技术24-31
• 2.5.1 拓扑控制技术24-26
• 2.5.2 数据融合技术26-31
• 3 无线传感器网络节能路由算法的研究31-42
• 3.1 路由技术31-32
• 3.1.1 路由协议的分类31-32
• 3.2 无线传感器网络平面路由协议32-35
• 3.2.1 Flooding 协议32-33
• 3.2.2 Gossiping 协议33-34
• 3.2.3 DD 协议34-35
• 3.3 无线传感器网络分层路由协议35-41
• 3.3.1 LEACH 协议36-38
• 3.3.2 PEGASIS 协议38-40
• 3.3.3 TEEN 协议40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 无线传感器网络混合多跳节能路由协议设计42-53
• 4.1 混合多跳路由协议的提出背景42-43
• 4.1.1 能量空洞问题42-43
• 4.2 混合多跳路由协议框架设计43-47
• 4.2.1 平面多跳路由算法43-44
• 4.2.2 分层多跳路由协议44-46
• 4.2.3 混合多跳路由协议46-47
• 4.3 混合多跳路由协议分析47-48
• 4.4 能耗分析48-49
• 4.5 算法仿真和分析49-51
• 4.6 本章小结51-53
• 5 无线传感器网络中基于 LEACH 协议的节能改进算法53-67
• 5.1 引言53-56
• 5.1.1 LEACH 协议分析53-56
• 5.2 基于 LEACH 的改进策略56-57
• 5.3 LEACH-R 协议的改进细节57-60
• 5.3.1 能量模型和最优簇头数的确定57-58
• 5.3.2 基于剩余能量和稀疏度的簇头选举58-59
• 5.3.3 多跳链路的建立59
• 5.3.4 数据发送阶段59-60
• 5.4 算法仿真和分析60-64
• 5.5 LEACH-R 协议与现有改进算法的比较64-66
• 5.5.1 LEACH-C 改进协议64
• 5.5.2 PEGASIS 改进协议64
• 5.5.3 比较结果及结论64-66
• 5.6 本章小结66-67
• 6 文章总结和展望67-69
• 6.1 文章总结67
• 6.2 展望67-69
• 参考文献69-72
• 作者简历72

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