基于低能耗节能的无线传感器网络路由协议算法的研究

【摘要】：无线传感器网络是目前计算机领域的一项研究热点,为人们获取信息提供了有利条件。传感器节点小容易隐蔽,价格便宜,所以可以大面积分布在要监测区域,而且容易部署、节点自组织形成网络。但是传感器节点的电池能量有限,而且大多数情况下不能充电和更换节点,节点能量一旦用完,意味着节点死亡,网络则受到影响,因此能量问题成为无线传感器网络的困扰。所以国内外的研究人员纷纷提出了基于能量的路由协议,怎样减少节点的能量消耗,延长网络寿命成为当今无线传感器网络协议研究的关键。由于无线传感器网络是应用性相关的网络,根据不同应用将路由协议分为不同的类别。 本文阐述了无线传感器网络路由设计的特点和评价标准,并对无线传感器网络典型的路由协议做出分析和总结。论文将视点放在了分簇技术和节能技术上,对现有的分簇路由协议进行研究总结,并分析节能策略和常用的节能技术,提出了一种节能的负载均衡的分簇路由协议—EELCA(Energy Efficient and Load-balanced Clustering Algorithm)。协议采用分簇的形式,根据最优簇头比例计算出簇头个数,然后根据一定的规则划分区域,并分配每个子域内簇头个数;之后,每个子域根据能量的高低选举簇头节点,根据簇头的最优覆盖范围确定簇头间的距离,使得子域内的簇头保持一定的间距。既能覆盖全网,又避免产生信号干扰。簇头选举完毕后,普通节点申请加入簇,但此时并不限制区域,也就是说节点可以加入和自己同一个子域的簇头,也可以加入别的区域内的簇头。但是要遵循一定的原则,本文将这个原则命名为均衡原则,此原则考虑到三方面的因素,节点收到簇头的信号强度、簇头的成员数、以及簇头到基站的距离。根据这三点的判断来决定加入的簇。簇形成之后,进入稳定阶段,普通节点将信息发送给簇头,子域ID大的簇头又将信息发送给比自己ID小的簇头,直到将信息传递到基站。 应用Matlab工具对EELCA进行仿真测试,各项实验结果表明,该协议能获得更好的均衡性和节能性。 最后提出基于中国剩余定理Chinese Remainder Theorem(CR T)的转发技术,主要思想是将源信息包分割成若干个子包,使得网络中每个节点只需要转发很小的子包,这样减少了信息传输所产生的能耗。然后Sink节点根据CRT算法将收到的子信息包进行重组,恢复为源信息包。在传感器网络数据传输过程中,会出现丢包现象,在本文中的转发技术中,若发生某个子包丢失,sink节点仍然可以通过其他子包得到源信息包,提高了信息传输效率。 【关键词】：无线传感器网络 路由协议 分簇算法 负载均衡 能量有效 中国剩余定理 分割 重组
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP212.9;TN915.04
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 无线传感器网络的研究现状与应用11-14
• 1.2.1 研究现状11-13
• 1.2.2 无线传感器网络应用13-14
• 1.3 本文研究内容及创新点14-15
• 1.4 本文组织结构15-16
• 第2章 无线传感器网络路由协议研究16-27
• 2.1 无线传感器网络的路由协议概述16-17
• 2.1.1 无线传感器网络路由概念16
• 2.1.2 无线传感器网络路由设计特点16-17
• 2.2 无线传感器网络路由评价标准17
• 2.3 无线传感器网络路由协议分类17-20
• 2.3.1 层次型和平面型路由协议18
• 2.3.2 主动被动和混合型路由协议18-19
• 2.3.3 以数据为中心的路由协议19
• 2.3.4 基于位置的路由协议19
• 2.3.5 可靠路由协议19
• 2.3.6 多路径和单路径的路由协议19-20
• 2.4 无线传感器网络典型路由协议分析20-27
• 第3章 无线传感器网络中节能技术和分簇技术研究27-38
• 3.1 无线传感器网络节能技术综述27-32
• 3.1.1 节能技术研究的必要性27
• 3.1.2 节能策略研究27-30
• 3.1.3 常用节能技术30-32
• 3.2 无线传感器网络中的分簇算法研究32-38
• 3.2.1 分簇路由协议概述32-33
• 3.2.2 分簇路由协议解析33-34
• 3.2.3 无线传感器网络分簇路由协议算法的研究现状34-38
• 第4章 无线传感器网络负载均衡的分簇算法38-50
• 4.1 网络模型与能量模型38-39
• 4.2 EELCA 分簇算法思想39-44
• 4.2.1 分簇算法准备39-40
• 4.2.2 簇的形成阶段40-42
• 4.2.3 簇的稳定阶段42-44
• 4.3 仿真结果分析与比较44-50
• 第5章 基于中国剩余定理的数据转发算法50-59
• 5.1 理论基础50-51
• 5.2 中国剩余定理51-52
• 5.3 能量有效性的度量52-53
• 5.4 素数的选择53-54
• 5.5 转发算法描述54-59
• 5.5.1 初始阶段54-57
• 5.5.2 转发阶段57-59
• 第6章 总结与展望59-60
• 6.1 全文总结59
• 6.2 研究展望59-60
• 参考文献60-66
• 致谢66-67
• 附录67

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