无线传感器网络中节能路由协议的研究

【摘要】：无线传感器网络(WSN)的兴起是基于现代通信技术和集成电路技术的飞速进步,WSN由大量廉价的传感器节点组成,这些节点通过特定的路由算法形成网络,进行数据采集和数据传输,可广泛应用于国防军事,智能交通,环境检测,救灾抢险以及医疗卫生等领域。 人们对于无线传感器网络的应用,通常将网络部署在一些很难到达或者人迹罕至的地方,传感器节点仅仅依靠自身携带的电池供电,由于节点本身体积和成本的限制,电池的能量非常有限,而且在这些地方也无法及时进行电池的更换,因此能量受限是WSN最显著的特点之一,也是制约WSN发展的关键问题,只有设计出更加节能的路由协议,才能促进WSN向着更广泛的应用领域发展。 本文以节约能量,延长网络生存时间,提高网络吞吐量为主要目的,首先介绍了无线传感器网络的概念,基本特征,关键技术,主要应用,研究现状以及当前国内外的研究热点,然后详细分析了WSN中当前应用比较广泛,也比较经典的典型节能路由协议,并对各算法的优缺点进行了分析和比较。本文的研究内容主要集中在以下两个方面： 第一,在平面节能路由算法中,根据传统的最短路径树节能路由算法,在其路由权值和数据传输阶段做了一定的改进,改进后的算法能够在很大程度上延长WSN网络的生存时间,增加网络吞吐量。传统的最短路径树算法,基于图论中最短路径树和最小生成树的原理,采用Prim算法和Dijkstra算法构造路由树,但是该算法忽略了实际应用中影响路由的一些重要因素,根据该算法的不足,综合考虑影响无线传感器网络路由节能的一些重要因素,本文设计出了改进后的最短路径树节能算法,新算法能够更好的实现WSN的路由节能。 第二,在分层节能路由算法中,分析了经典的层次型路由协议—LEACH协议,在该协议的基础上引入了非均匀分簇策略和簇首转让策略,这两个策略分别在簇生成阶段和数据传输阶段实现了均衡节点能耗的目的,使整个WSN网络中所有节点的能量消耗更加均衡,通过仿真验证,改进后的协议可以有效的延长网络的生存时间,增加网络的吞吐量。 总的说来,本文提出的改进型最短路径树算法,以及改进型分簇路由算法在很大程度上减少了无线传感器网络的能耗,延长了网络的生存时间,为WSN的路由节能做出了一定的贡献。 【关键词】：WSN 节能 最短路径 非均匀 转让
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TN915.04;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-14
• 1.1 课题背景11-12
• 1.1.1 研究目的和意义12
• 1.2 课题的主要研究内容12-13
• 1.3 本文的组织结构13-14
• 第二章 无线传感器网络概述14-23
• 2.1 无线传感器网络的基本结构14-15
• 2.1.1 传感器节点的基本结构14-15
• 2.1.2 无线传感器网络的基本结构15
• 2.2 无线传感器网络的基本特征15-17
• 2.3 无线传感器网络的关键技术17-18
• 2.4 无线传感器网络的性能指标18-19
• 2.5 无线传感器网络的应用19-20
• 2.6 国内外研究现状20-21
• 2.7 无线传感器网络的研究热点21-23
• 第三章 无线传感器网络相关节能路由算法的研究23-34
• 3.1 传感器节点能耗研究23-24
• 3.1.1 运行能耗23-24
• 3.1.2 功放能耗24
• 3.2 无线传感器网络能耗研究24-26
• 3.2.1 无线传感器网络能耗的关键方面24-25
• 3.2.2 影响路由能耗的主要因素25-26
• 3.3 无线传感器网络平面路由协议26-30
• 3.3.1 能量路由26-27
• 3.3.2 SPIN协议27-28
• 3.3.3 DD(Directed Diffusion)协议28-29
• 3.3.4 谣言路由29-30
• 3.4 无线传感器网络分层路由协议30-33
• 3.4.1 LEACH协议30-31
• 3.4.2 PEGASIS协议31
• 3.4.3 TEEN协议31-32
• 3.4.4 GEAR路由32-33
• 3.5 WSN节能路由协议的比较33
• 3.6 本章小结33-34
• 第四章 基于最短路径树的改进型节能路由算法34-51
• 4.1 最短路径树算法的提出34
• 4.2 最短路径树路由算法34-36
• 4.2.1 最短路径树算法生成路由树阶段35-36
• 4.2.2 最短路径树算法数据传输阶段36
• 4.3 最短路径树算法的改进策略36-39
• 4.3.1 可靠路由算法37
• 4.3.2 丢包检测和误码率37
• 4.3.3 节点功率能耗控制37-39
• 4.4 改进的最短路径树路由算法39-46
• 4.4.1 改进的最短路径树生成阶段39-43
• 4.4.2 改进的最短路径树传输阶段43-45
• 4.4.3 改进的最短路径树路由算法分析45-46
• 4.5 仿真结果与分析46-49
• 4.6 本章小结49-51
• 第五章 基于LEACH协议的改进型分簇路由协议51-68
• 5.1 LEACH协议的研究51-55
• 5.1.1 LEACH协议的节点成簇阶段52-53
• 5.1.2 LEACH协议的数据传输阶段53-54
• 5.1.3 LEACH协议的性能分析54-55
• 5.2 基于LEACH协议的改进策略55-56
• 5.3 非均匀分簇算法的设计与实现56-61
• 5.3.1 簇头竞争阶段56-57
• 5.3.2 非均匀分簇的成簇过程57-59
• 5.3.3 非均匀分簇算法的分析59-61
• 5.4 簇首转让机制的设计与实现61-64
• 5.4.1 簇首转让机制的实现过程61-63
• 5.4.2 簇首转让机制的算法分析63-64
• 5.5 仿真结果与分析64-67
• 5.5.1 仿真结果65-66
• 5.5.2 仿真结果分析66-67
• 5.6 本章小结67-68
• 第六章 结束语68-70
• 6.1 本文的主要工作68-69
• 6.2 未来的研究方向69-70
• 参考文献70-73
• 致谢73

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