无线传感器网络路由协议节能研究

【摘要】：无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)是无线通信技术发展中的一项重要技术,它具有节点价格低廉、低传输速率、低能量消耗、通信距离短等特点,能广泛应用在军事、工业、交通运输、智能建筑、农业及生态环境监测、医疗护理等各个领域。 路由协议是无线传感器网络协议栈中非常重要的协议之一,其主要任务是通过网络将数据信息从源节点转发到目的节点。无线传感器网络的基本特性决定其路由协议在设计时需要更多地考虑能量受限、多跳、自组织、基于局部拓扑等特点,这使得它较运行于有线网络和传统无线网络中的路由协议有很大不同,也使路由协议成为无线传感器网络协议栈中的一个重要研究对象和研究难点。本论文根据WSN路由协议的设计特点,以及现有协议的不同分类,仔细研究了当前几种较为经典的路由协议,分析各自的优缺点,并对各协议进行了性能对比。对比发现,层次路由比平面路由在节能和网络寿命等方面有更好的性能。 接着,论文选取LEACH协议(低功耗自适应集簇分层型协议,Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy, LEACH)作为主要研究对象,详细研究了该协议的工作原理,网络模型,具体的工作流程,还研究了LEACH协议工作所采用的信道模型和能量模型。LEACH分簇协议是WSN中的一个经典路由协议,它提出网络使用分簇结构来进行路由,避免了路由表的维护,相比平面路由能够均衡和有效使用能量。但是LEACH假定所有节点能够与汇聚节点直接通信,并且每个节点都具备支持不同MAC协议的计算能力,因此该协议不适合在大规模的无线传感器网络中应用。同时,该协议在进行簇首选举时完全随机,并未考虑网络运行以后各节点之间的能量差异,以及簇首与基站的通信距离对簇首节点能耗造成的影响。 针对LEACH协议存在的上述问题,本论文结合节点的剩余能量和节点与基站之间的距离,提出新的簇首选举算法,对能量较低、距离基站较远的节点加以保护。并在数据传输阶段,簇内使用二级通信结构,避免簇内远距离节点的长距离通信。通过NS-2网络仿真软件配置合适的仿真场景,选取剩余节点个数、节点平均剩余能量、基站接收数据量三个参数进行实验仿真。由仿真结果可以看出,改进后的i-LEACH协议相比原LEACH、LEACH-C、MTE协议网络的整体寿命大大延长,节点能耗也有效降低。 【关键词】：WSN 路由协议 LEACH 簇首选举 节能
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景及意义9
• 1.2 无线传感器网络介绍9-13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.4 本文组织结构15-17
• 2 无线传感器网络中的路由协议17-26
• 2.1 WSN路由协议的特点17-18
• 2.2 现有的WSN路由协议分类及其典型协议介绍18-24
• 2.3 其他典型WSN路由协议介绍24-25
• 2.4 几种典型路由协议的性能比较25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 LEACH协议原理26-33
• 3.1 LEACH协议原理及工作流程26-29
• 3.2 LEACH协议能耗分析29-31
• 3.3 LEACH协议的优点与不足31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 4 改进的i-LEACH协议原理33-43
• 4.1 改进后的i-LEACH原理概述33-35
• 4.2 i-LEACH协议的工作流程35-38
• 4.3 i-LEACH协议的仿真执行顺序38-42
• 4.4 本章小结42-43
• 5 仿真结果与分析43-54
• 5.1 仿真工具NS-2介绍43
• 5.2 路由性能的评价指标43-44
• 5.3 仿真场景设置44
• 5.4 仿真结果及分析44-52
• 5.5 本章小结52-54
• 6 总结和展望54-56
• 6.1 全文总结54
• 6.2 下一步工作展望54-56
• 参考文献56-60
• 硕士期间发表的论文60-61
• 后记61

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