无线传感器网络高效节能成簇路由算法研究

【摘要】：无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是大量的传感器节点以无线通信方式所组成的一个自组织网络系统。路由算法作为网络数据传输的关键部分，对网络性能的影响十分重大。 本文对无线传感器网络中的路由协议进行了分类，并对几种经典的路由协议进行了深入的比较和分析，在此基础上，设计出了一种有效利用能量的分簇路由算法EERP，其主要创新点如下： 1．建簇阶段：综合考虑了节点的剩余能量、邻居节点平均剩余能量、节点与邻居节点间的距离等因素，并将这些因素统一于定时器衡量；使得具有高能量且离周围邻居节点近的节点定时时间先到，从而优先成为簇头；进一步采用“新生簇头在广播半径r内广播簇头消息—收到者放弃簇头竞争”机制，保证簇头合理分布并降低网络整体能耗。 2．簇间路由阶段：采用多跳传输方式，避免节点直接与汇聚节点Sink远距离通信而导致节点能量不均等的快速消耗，从而使得网络能量分布不均匀。本文在每个簇头节点设置路由表，簇头基于路由表计算转发因子R，根据转发因子择优选择下一跳路由节点。由于转发因子R综合考虑了节点的剩余能量、节点间的距离、节点数据传输方式等因素，保证了多跳路由过程中的节点能量均衡，较好的延长了网络的生存时间。 本文将EERP与经典算法LEACH进行了仿真分析，仿真结果表明：EERP在簇头的稳定度、网络的生存时间、网络总能量消耗、汇聚节点Sink所收到的数据包数量、节点能耗均衡性这几方面都表现出了较好的性能，但EERP的数据包时延较大且不稳定，是需进一步改进的工作方向。 【关键词】：无线传感器网络 分簇路由 簇头 NS2仿真
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 研究目的和意义12-14
• 1.1.1 无线传感器网络的特点12-14
• 1.1.2 无线传感器路由协议与传统网络路由协议的区别14
• 1.2 国内外研究现状14-17
• 1.2.1 传感器网络国内外研究现状14-16
• 1.2.2 传感器网络路由协议国内外研究现状16-17
• 1.3 本文主要工作17
• 1.4 本论文的结构安排17-19
• 第二章 无线传感器网络现有路由协议分析与比较19-36
• 2.1 无线传感器网络路由协议分类19-21
• 2.2 几种经典的无线传感器网络路由算法21-34
• 2.2.1 平面路由协议21-27
• 2.2.2 层次路由协议27-34
• 2.3 本章小结34-36
• 第三章 高效节能分簇路由协议的设计36-53
• 3.1 网络模型36
• 3.2 能量模型36-37
• 3.3 临界距离内的单跳与多跳37-38
• 3.4 设计目标38-39
• 3.5 EERP 基本思想39-41
• 3.6 簇形成过程41-44
• 3.6.1 邻居表的建立41
• 3.6.2 簇头的选择41-44
• 3.7 簇间路由44-47
• 3.7.1 路由表的建立44
• 3.7.2 下一跳路由节点的选择44-47
• 3.8 数据传输47-48
• 3.9 EERP 协议分析48-52
• 3.9.1 能量问题48-49
• 3.9.2 簇头数量49-50
• 3.9.3 最佳通信半径50-52
• 3.10 本章小结52-53
• 第四章 算法仿真及性能分析53-68
• 4.1 仿真环境53-55
• 4.2 仿真结果分析55-67
• 4.2.1 簇头数量分析 VS 簇头数量实验值55
• 4.2.2 网络生存时间的比较55-57
• 4.2.3 网络总能量消耗的比较57-59
• 4.2.4 汇聚节点 Sink 收到的数据总量的比较59-61
• 4.2.5 簇头稳定度比较61-63
• 4.2.6 数据包时延比较63-65
• 4.2.7 网络节点耗能均衡性比较65-67
• 4.3 本章小结67-68
• 第五章 总结与展望68-70
• 5.1 本文的主要贡献68-69
• 5.2 下一步工作的展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-74
• 攻硕期间取得的研究成果74-75

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