无线传感器网络节能路由协议研究

【摘要】：无线传感器网络是由大量传感器节点以自组织和多跳的方式构成的无线网络，广泛应用于军事、环境监测和预报、健康护理、智能家居、智能交通等领域，具有十分广阔的应用前景。路由协议作为其关键技术之一，也是近年来研究人员关注的热点。由于无线传感器网络自身能量受限的特点，如何有效降低网络能耗和延长网络生存时间一直是路由协议研究的主要问题。 本文以节能为出发点，研究无线传感器网络的路由协议。通过查阅相关文献资料，发现以LEACH（Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy）协议为代表的分簇路由协议在节能方面有着突出的优势。因此，深入探讨LEACH协议及其相关改进协议，分析它们各自存在的问题，总结并归纳节能的研究思路。然后，在此基础上针对LEACH协议在簇的建立、簇的传输和簇的更新三个阶段进行改进，设计了一种基于LEACH的能量有效的多跳路由协议，并通过实验仿真表明协议确实可以降低能耗。此外，为了更好地检验路由协议在实际应用中的功耗性能，本文设计了一种基于ZigBee的路由协议能耗分析的原型系统，详细阐述了该原型系统的模型结构和相关技术，并具体描述了原型系统中的采集节点、汇聚节点和服务器端的软硬件设计方案。在下一步工作中，需要解决仿真实验中出现的数据冲突较多的问题，另外也要实现多种路由协议对原型系统进行测试。 【关键词】：无线传感器网络 路由协议 节能 LEACH
【学位授予单位】：南京邮电大学
【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
• Abstract5-8
• 专用术语注释表8-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 课题背景及研究意义9-11
• 1.2 课题来源及本文工作11-12
• 1.2.1 课题来源11
• 1.2.2 本文工作11-12
• 1.3 本文组织12-13
• 第二章 无线传感器网络及其路由协议13-24
• 2.1 无线传感器网络13-18
• 2.1.1 无线传感器网络基本概念13-14
• 2.1.2 无线传感器网络体系结构14-16
• 2.1.3 无线传感器网络的应用前景16-18
• 2.2 无线传感器网络路由协议18-23
• 2.2.1 无线传感器网络路由协议概述19
• 2.2.2 无线传感器网络路由协议分类19-21
• 2.2.3 无线传感器网络路由协议研究的主要思路21-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 无线传感器网络的节能路由协议24-33
• 3.1 平面路由协议24-26
• 3.1.1 Flooding 和 Gossiping 路由协议24-25
• 3.1.2 SPIN 路由协议25-26
• 3.1.3 定向扩散路由协议26
• 3.2 分簇路由协议26-31
• 3.2.1 LEACH27
• 3.2.2 LEACH-C27-28
• 3.2.3 PEGASIS28
• 3.2.4 Hierarchical-PEGASIS28
• 3.2.5 TEEN28-29
• 3.2.6 APTEEN29
• 3.2.7 HEED29-30
• 3.2.8 CHEP30
• 3.2.9 DEEAC30
• 3.2.10 EEUC30-31
• 3.3 节能路由协议研究思路31-32
• 3.3.1 簇头的选择31
• 3.3.2 簇的组织31-32
• 3.3.3 簇的路由32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 基于 LEACH 的节能路由协议33-44
• 4.1 问题提出33-35
• 4.1.1 LEACH 算法33-34
• 4.1.2 改进算法34
• 4.1.3 单跳与多跳34-35
• 4.2 模型假设35-37
• 4.2.1 网络模型35-36
• 4.2.2 能量模型36-37
• 4.3 基于 LEACH 能量有效的多跳路由算法37-39
• 4.3.1 簇的建立37-38
• 4.3.2 数据传输38
• 4.3.3 簇的更新38-39
• 4.4 实验仿真39-43
• 4.5 本章小结43-44
• 第五章 基于 Zigbee 的路由协议能耗分析原型系统44-61
• 5.1 原型系统设计方案44-48
• 5.1.1 设计目的44
• 5.1.2 系统模型44-45
• 5.1.3 相关技术45-48
• 5.2 采集节点设计方案48-55
• 5.2.1 硬件设计与实现48-51
• 5.2.2 软件设计与实现51-55
• 5.3 汇聚节点设计方案55-56
• 5.4 服务器端设计方案56-60
• 5.4.1 接收数据模块的设计与实现56-57
• 5.4.2 分析数据模块的设计与实现57-60
• 5.5 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 总结61
• 6.2 展望61-63
• 参考文献63-66
• 附录1 图表清单66-68
• 附录2 攻读硕士学位期间撰写的论文68-69
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目69-70
• 致谢70

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