基于环状簇结构的WSN节能路由及其容错性研究

【摘要】：近年来，随着集成电路制作工艺的不断提高，无线通信和数字化电子学的飞速发展，已经使低成本，低功率，尺寸小并且能短距离通信的多功能传感器节点的研制成为可能。大量这种微传感器节点通过无线通信的方式组成了一个传感器网络，他们之间互相协调工作，对所部署区域进行实时监测。 无线传感器节点能量有限并且应用环境复杂，所以对它的任何研究都必须考虑节能的问题。目前的研究除了在单个节点上研究节能机制外，很多的研究主要考虑组网和数据路由时的节能技术。 本文基于最新提出的一种环状簇的概念。由于节能的考虑，我们引进了拓扑控制，对基本的组环算法进行了改进。 论文在环状簇的基础上，提出了完整的路由策略。通过全局跳数信息发布和环跳数确定算法，建立了节点和环到sink节点的跳数信息，事实上是在环状簇的结构上建立了一个进一步的结构。根据这个结构，节点和环知道自己离开sink节点的跳数，并且知道哪些节点和环离sink节点比自己近。路由算法在这个结构上进行，主要考虑了负载均衡的问题。 论文还建立了在节点失效情况下环的恢复算法，保证了这种结构的容错性和可靠性。 论文接着进行了模拟，模拟比较了算法中涉及的一些参数对算法的影响。并且把算法跟已有的经典的算法进行了比较，结果显示，我们的组网和路由策略在节能方面做得更好。 论文最后总结了课题的研究成果，并概述了下一步的研究方向。 【关键词】：无线传感器网络 节能 拓扑控制 路由 容错
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 图目录6-7
• 表目录7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-10
• 第一章 绪论10-22
• §1.1 概述10-13
• 1.1.1 研究背景10-11
• 1.1.2 无线传感器网络的国防和其他应用11-13
• §1.2 无线传感器网络的体系结构13-17
• 1.2.1 无线传感器网络的基本结构13-14
• 1.2.2 平面型传感器网络14-15
• 1.2.3 层次型传感器网络15-17
• §1.3 无线传感器网络的软件环境17-19
• 1.3.1 操作系统17-18
• 1.3.2 数据库软件18-19
• §1.4 无线传感器网络中组网和路由研究的重要意义19-21
• 1.4.1 无线传感器网络的特点19-20
• 1.4.2 无线传感器网络中组网和路由的重要性和挑战20-21
• §1.5 本文的工作及论文结构21-22
• 1.5.1 本文的主要工作21
• 1.5.2 论文结构21-22
• 第二章 无线传感器网络的拓扑控制和路由策略22-33
• §2.1 无线传感器网路中的节能技术研究22-25
• 2.1.1 无线传感器节点的组成22
• 2.1.2 节点的节能技术22-24
• 2.1.3 整个网络的节能技术24-25
• §2.2 无线传感器网络中的拓扑控制25-27
• 2.2.1 拓扑控制的意义25
• 2.2.2 拓扑控制需要满足的性质25-27
• 2.2.3 拓扑控制问题的研究方法27
• §2.3 无线传感器网络中的路由协议27-32
• 2.3.1 平面路由协议28-29
• 2.3.2 层次路由协议29-31
• 2.3.3 EAR(Energy Aware Routing)协议31-32
• §2.4 本章小结32-33
• 第三章 基于拓扑控制的组环算法33-41
• §3.1 KC拓扑控制和改造33-36
• 3.1.1 KC拓扑控制内容33-35
• 3.1.2 KC拓扑控制算法的扩充35-36
• §3.2 环状簇的概念和基本的组环算法36-39
• 3.2.1 环状簇的基本概念36-37
• 3.2.2 基本的组环算法37-39
• §3.3 组环算法的改进39-40
• §3.4 小结40-41
• 第四章 环到处理中心跳数信息的发布和路由41-53
• §4.1 概述41
• §4.2 全局跳数信息的发布41-47
• 4.2.1 全局跳数信息发布算法41-44
• 4.2.2 算法的性质44-45
• 4.2.3 全局跳数信息发布算法的执行45-47
• §4.3 环跳数的确定47-50
• 4.3.1 环跳数生成算法47-48
• 4.3.2 环跳数生成算法的说明48
• 4.3.3 算法的执行48-50
• §4.4 数据从节点到处理中心的路由50-52
• 4.4.1 路由算法50-51
• 4.4.2 路由算法的执行51-52
• 4.4.3 小结52
• §4.5 小结52-53
• 第五章 节点失效情况下环的恢复算法53-59
• §5.1 无线传感器网络中的容错53-56
• 5.1.1 研究意义53-54
• 5.1.2 国内外的研究内容和水平54-56
• 5.1.3 小结56
• §5.2 节点失效情况下环的重组56-58
• 5.2.1 节点失效的容错算法56-57
• 5.2.2 算法评价57-58
• §5.3 小结58-59
• 第六章 性能评价59-68
• §6.1 各参数对平均跳数的影响59-61
• 6.1.1 模拟实验设定和实现思想59-60
• 6.1.2 参数k和环的大小对环平均跳数的影响60-61
• §6.2 无线传感器网络生存时间的模拟和比较61-67
• 6.2.1 无线电模型62-63
• 6.2.2 生存时间的定义63-64
• 6.2.3 模拟的环境设定和实现思想64
• 6.2.4 传统生存时间定义的模拟比较64-65
• 6.2.5 新的生存时间定义的模拟比较65-66
• 6.2.6 能量消耗的模拟比较66-67
• §6.3 结论67-68
• 第七章 结束语68-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士期间发表的论文70-71
• 参考文献71-74

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