基于分簇的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能路由協(xié)議研究

【摘要】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network)即由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的大量傳感器節(jié)點(diǎn)利用自組織能力構(gòu)建而成的通信網(wǎng)絡(luò)。隨著信息社會(huì)的發(fā)展,數(shù)據(jù)的獲取能力在相關(guān)領(lǐng)域中的作用愈加明顯,而適應(yīng)能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)部署簡(jiǎn)單的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為此提供了極大的便利。然而,對(duì)能量等資源有限的傳感器網(wǎng)絡(luò)而言,其內(nèi)部能量的消耗主要源于節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)路由,同時(shí)其應(yīng)用環(huán)境通常又決定著不能人為及時(shí)更換網(wǎng)絡(luò)中因能量耗盡而失效的傳感器節(jié)點(diǎn)。因此,研究高效節(jié)能的路由算法對(duì)于延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期并進(jìn)而提升網(wǎng)絡(luò)可用性具有重要的意義。 本文首先介紹了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本概念及特點(diǎn),簡(jiǎn)要說(shuō)明了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀及相關(guān)方面的挑戰(zhàn)。接著對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的路由協(xié)議進(jìn)行了分類并對(duì)各類型的典型協(xié)議運(yùn)行機(jī)制進(jìn)行了剖析,指出了網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意到的問(wèn)題。然后在經(jīng)典層次式路由協(xié)議LEACH的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)從簇頭選舉、簇頭分布、簇間多跳以及簇內(nèi)通信維持四個(gè)方面進(jìn)行了研究。其主要工作如下： 第一,闡述了LEACH協(xié)議的工作機(jī)制及其簇頭產(chǎn)生的不確定性。通過(guò)在閾值公式中引入能量和距離兩參數(shù),增加了剩余能量較多的節(jié)點(diǎn)充當(dāng)簇頭節(jié)點(diǎn)的機(jī)率,從而有利于均衡網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的能耗。 第二,利用節(jié)點(diǎn)能耗模型分析了網(wǎng)絡(luò)最佳簇頭個(gè)數(shù)及簇頭密集分布情況下對(duì)節(jié)點(diǎn)能耗的不利影響。提出由高能量的基站控制選舉最佳簇頭個(gè)數(shù),并通過(guò)簇間最短距離迭代的方法優(yōu)化簇頭在網(wǎng)絡(luò)中的位置分布。 第三,通過(guò)公式推導(dǎo)分析了LEACH單跳通信機(jī)制的不足,進(jìn)而為簇頭引入了相對(duì)節(jié)能系數(shù),使得簇頭在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中可以根據(jù)包含有相對(duì)節(jié)能系數(shù)信息的路由轉(zhuǎn)發(fā)表選擇合適的下一跳簇頭,從而以數(shù)據(jù)多跳傳輸方式達(dá)到節(jié)約能量開銷的目的。 第四,針對(duì)傳統(tǒng)LEACH協(xié)議全局網(wǎng)絡(luò)周期性成簇的特點(diǎn),提出在數(shù)據(jù)穩(wěn)定通信末期,由簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)本簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)能量剩余情況直接指定后繼簇頭,以此減少全局網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)選舉過(guò)程中大規(guī)模的傳輸計(jì)算開銷。 本文在研究中使用NS2進(jìn)行仿真分析,其結(jié)果表明改進(jìn)后的路由算法在節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能耗、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期方面優(yōu)于LEACH協(xié)議。最后,總結(jié)了本文的主要工作,并明確了下一步的研究方向。 【關(guān)鍵詞】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 路由協(xié)議 LEACH 節(jié)能分簇 簇間多跳
【學(xué)位授予單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究目的與意義10-11
• 1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概念及特點(diǎn)11-13
• 1.3 無(wú)線傳感器研究領(lǐng)域及挑戰(zhàn)13-14
• 1.4 本文內(nèi)容結(jié)構(gòu)及安排14-15
• 第二章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分析15-25
• 2.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由概述15-16
• 2.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分類16-22
• 2.2.1 平面路由協(xié)議16-20
• 2.2.2 分層路由協(xié)議20-22
• 2.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計(jì)要求22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-25
• 第三章 LEACH協(xié)議簇頭決策機(jī)制的研究與改進(jìn)25-39
• 3.1 節(jié)點(diǎn)能耗模型25-26
• 3.2 LEACH算法分析26-28
• 3.2.1 分簇形成26-27
• 3.2.2 簇內(nèi)通信27-28
• 3.3 基于BTCM算法的簇頭決策改進(jìn)機(jī)制28-34
• 3.3.1 簇頭選舉29-31
• 3.3.2 簇頭分布31-34
• 3.4 仿真分析34-38
• 3.4.1 NS2仿真工具簡(jiǎn)介34
• 3.4.2 仿真結(jié)果及分析34-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第四章 LEACH協(xié)議簇間數(shù)據(jù)路由的研究與改進(jìn)39-49
• 4.1 簇頭數(shù)據(jù)通信的研究39
• 4.2 基于BTCM-MP算法的數(shù)據(jù)通信路由改進(jìn)39-46
• 4.2.1 簇間多跳39-44
• 4.2.2 簇內(nèi)通信維持44-46
• 4.3 仿真分析46-48
• 4.4 本章小結(jié)48-49
• 第五章 總結(jié)與展望49-51
• 5.1 總結(jié)49
• 5.2 展望49-51
• 參考文獻(xiàn)51-55
• 在校期間發(fā)表的論文55-56
• 致謝56

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