无线传感器网络节能路由协议研究及应用

【摘要】：无线传感器网络(Wireless Sensor Network WSN)在军事、农业、环境监测、工业等领域有着广泛的应用空间和巨大的发展前景，节点能量的有限性是影响网络性能的主要限制条件。因此，设计出更加节能的WSN路由协议，延长网络的生存周期，改善WSN性能已经成为当今的一个主要研究热点。 WSN路由协议中的LEACH就是一种经典的分层路由协议，因其具有分簇过多和选举的簇头分布过于集中的缺点，本文对其加以改进，提出一种新的基于距离和剩余能量的路由协议算法LEACH-EG。首先求出最优簇头个数，剩余能量高于平均能量的节点组成准簇头集合，竞选剩余能量高的节点当做簇头，各个簇头按照二叉树算法，然后根据离基站位置组成，组成一个向基站方向的多跳数据传输路径，最后其他节点依次加入该二叉树完成数据传输。这种改进方法减少了能量低和在监测区域边缘的节点成为簇头的可能性，并且多跳传输有助于节能和数据传输的稳定性。经过理论分析，改进后的LEACH-EG能够有效地减少WSN能耗，延长WSN生存周期。 通过NS2仿真软件对多种路由协议和改进前后的LEACH协议进行仿真，分析仿真结果，改进后的LEACH-EG比其他几种路由协议有明显的优越性，能有效地降低能耗，保证了网络负载的均衡，延长了第一个节点死亡的时间，能够延长了WSN的生存周期。 最后在设计的硬件平台上应用LEACH-EG协议，通过实验，也证明了该改进方法的有助于减少WSN的能耗，提高了数据传输的稳定性。 【关键词】：无线传感器网络 LEACH 路由协议 仿真
【学位授予单位】：沈阳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 研究的应用及意义11-13
• 1.3 课题来源13-14
• 1.4 课题研究的主要内容和论文安排14-16
• 第2章 无线传感器网络及其路由协议16-28
• 2.1 无线传感器网络体系结构16-20
• 2.1.1 无线传感器网络协议栈17-18
• 2.1.2 WSN 路由协议设计的影响因素18-20
• 2.2 路由协议20-28
• 2.2.1 平面路由协议20-23
• 2.2.2 分簇路由协议23-28
• 第3章 基于节点地理位置和剩余能量的 LEACH-EG 路由协议28-38
• 3.1 LEACH 协议简介28-29
• 3.2 LEACH 协议的改进29-37
• 3.2.1 改进 LEACH 协议对簇头数量的控制29-32
• 3.2.2 改进 LEAGH 协议的簇头位置控制32-33
• 3.2.3 多跳路由的建立33-35
• 3.2.4 能耗分析35-36
• 3.2.5 数据转发36-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第4章 改进前后的路由协议仿真及结果分析38-58
• 4.1 NS2 的简介38-40
• 4.2 各种路由协议在 NS2 的仿真40-43
• 4.3 改进后的 LEACH-EG 在 NS2 上的实现43-50
• 4.3.1 仿真无线特性及参数44-45
• 4.3.2 仿真场景设置45-49
• 4.3.3 仿真数据设置49-50
• 4.4 仿真结果分析50-56
• 4.4.1 设定阶段的能量消耗51-52
• 4.4.2 时间与能量消耗52
• 4.4.3 节点存活数52-53
• 4.4.4 接收数据包量53-56
• 4.5 本章小结56-58
• 第5章 WSN 硬件电路的设计与验证58-74
• 5.1 WSN 硬件电路的设计58-68
• 5.1.1 CC2530 芯片功能与应用58-59
• 5.1.2 CC2530 模块的设计59-63
• 5.1.3 传感器模块基座的设计63-66
• 5.1.4 Sensor 终端与配件的设计66-68
• 5.2 硬件设备上的验证68-72
• 5.2.1 测试环境与平台68-69
• 5.2.2 WSN 测试与实验69-71
• 5.2.3 功耗计算71-72
• 5.3 本章小结72-74
• 第6章 总结与展望74-76
• 6.1 全文总结74
• 6.2 研究展望74-76
• 参考文献76-80
• 在学期间研究成果80-82
• 致谢82-83

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