無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量均衡的節(jié)能路由算法研究

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它由大量資源有限的微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，這些節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)部署于監(jiān)測(cè)區(qū)域，節(jié)點(diǎn)間通過協(xié)作自主完成數(shù)據(jù)采集傳輸、事件監(jiān)測(cè)等各種任務(wù)。如何在相關(guān)應(yīng)用中高效地利用有限資源來實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能以滿足應(yīng)用需求是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的節(jié)能性、能量與負(fù)載均衡性等性能對(duì)網(wǎng)絡(luò)壽命有著非常重要的影響作用，尤其在持續(xù)、穩(wěn)定數(shù)據(jù)流的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，這種性能需求尤為突出。因此，本文針對(duì)相關(guān)應(yīng)用以提高網(wǎng)絡(luò)能量利用率，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命為目的，研究能量均衡、且高效的路由算法，主要有如下研究成果： ①針對(duì)典型分簇路由LEACH中簇首分布不均及其能耗與負(fù)載不均等不足，提出一種基于樹均勻分簇的節(jié)能路由協(xié)議(EUCR)。協(xié)議計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)簇首比例，并使用節(jié)點(diǎn)的接收信號(hào)強(qiáng)度、剩余能量、網(wǎng)絡(luò)連通度對(duì)LEACH中的閾值公式T(n)進(jìn)行改進(jìn)，避免極小簇的形成以及低能量節(jié)點(diǎn)成為簇首，使用成簇半徑和簇首間的合理距離兩個(gè)參數(shù)修正簇首的分布情況，確保了網(wǎng)絡(luò)中簇首的均勻分布以及各簇規(guī)模的平衡；基于跳數(shù)及簇首當(dāng)前剩余能量構(gòu)造的簇間優(yōu)化路由樹減少了簇首單跳通信的能耗，輔助簇首以及在簇內(nèi)進(jìn)行的簇首更換策略使得簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的能耗均衡，并減少了每輪簇重構(gòu)的開銷。仿真實(shí)驗(yàn)表明，與LEACH相比，EUCR算法具有較好的節(jié)能性以及負(fù)載平衡性，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。 ②針對(duì)EUCR在持續(xù)穩(wěn)定數(shù)據(jù)流的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，由于網(wǎng)絡(luò)的大量通信任務(wù)，EUCR簡(jiǎn)單的簇間路由樹并不能很好地均衡各簇首的能耗與負(fù)載，從而引起了簇首形成的高一級(jí)網(wǎng)絡(luò)能量分布不均、熱點(diǎn)與能量空洞、簇首負(fù)載過重導(dǎo)致的數(shù)據(jù)包丟失、重傳能耗等問題，提出一種基于多屬性決策的能量均衡路由算法DMAE，引入節(jié)點(diǎn)負(fù)載預(yù)測(cè)機(jī)制及傳輸總能耗TEC等，構(gòu)造節(jié)點(diǎn)的前向鄰居信息表，包含前向鄰節(jié)點(diǎn)ID、剩余能量、綜合負(fù)載、傳輸總能耗TEC等屬性，使用相對(duì)熵計(jì)算前向鄰節(jié)點(diǎn)各屬性的權(quán)重，確定決策模型，并依據(jù)該模型綜合加權(quán)前向鄰節(jié)點(diǎn)的負(fù)載、能耗等屬性，選擇出最優(yōu)的前向鄰節(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，避免路徑回環(huán)，分散數(shù)據(jù)流、均衡節(jié)點(diǎn)能耗，緩解“熱點(diǎn)”問題。仿真結(jié)果顯示，DMAE具有很好的能量均衡效果，提高了網(wǎng)絡(luò)的能量利用率，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)壽命。 【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 路由協(xié)議 能量均衡 均勻分簇 多屬性決策
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-20
• 1.1 研究背景8-15
• 1.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述8
• 1.1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)8-11
• 1.1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)11-13
• 1.1.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展歷程與現(xiàn)狀13-15
• 1.2 路由協(xié)議研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.1 研究現(xiàn)狀及分析15-16
• 1.2.2 挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢(shì)16-17
• 1.3 本文課題來源及研究?jī)?nèi)容17-20
• 1.3.1 課題來源與意義17-18
• 1.3.2 主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 2 能量均衡的路由算法分析20-31
• 2.1 典型路由算法20-26
• 2.2 各種能量均衡的路由算法及存在的問題26-29
• 2.2.1 各種能量均衡的路由算法26-27
• 2.2.2 在穩(wěn)定數(shù)據(jù)流應(yīng)用中存在的問題27-28
• 2.2.3 本文算法的設(shè)計(jì)目標(biāo)與思路28-29
• 2.3 能量均衡路由算法的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)29-30
• 2.3.1 網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間29
• 2.3.2 全網(wǎng)能耗29
• 2.3.3 能量均衡29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 3 基于樹均勻分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能路由算法31-46
• 3.1 引言31-32
• 3.2 EUCR 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)模型32
• 3.2.1 模型中的網(wǎng)絡(luò)連通度32
• 3.2.2 EUCR 的網(wǎng)絡(luò)條件32
• 3.3 EUCR 算法描述與流程32-41
• 3.3.1 最優(yōu)簇首數(shù)量的確定32-34
• 3.3.2 網(wǎng)絡(luò)初始化過程34-35
• 3.3.3 每個(gè)周期的首輪成簇35-38
• 3.3.4 每個(gè)周期非首輪簇首的選擇38-39
• 3.3.5 簇間優(yōu)化路由樹的構(gòu)造39-40
• 3.3.6 數(shù)據(jù)傳輸階段40
• 3.3.7 EUCR 算法基本流程40-41
• 3.4 仿真實(shí)驗(yàn)與對(duì)比分析41-45
• 3.4.1 仿真環(huán)境與評(píng)價(jià)指標(biāo)41-43
• 3.4.2 仿真結(jié)果及分析43-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 4 基于 EUCR 的多屬性決策能量均衡路由算法46-59
• 4.1 引言46
• 4.2 現(xiàn)有能量均衡路由協(xié)議分析46-47
• 4.3 DMAE 算法的網(wǎng)絡(luò)模型47-48
• 4.4 DMAE 算法描述48-54
• 4.4.1 DMAE 中的屬性定義48-49
• 4.4.2 DMAE 決策模型49-51
• 4.4.3 DMAE 算法流程51-54
• 4.5 仿真實(shí)驗(yàn)與對(duì)比分析54-58
• 4.5.1 仿真環(huán)境與評(píng)價(jià)指標(biāo)54-55
• 4.5.2 仿真結(jié)果及分析55-58
• 4.6 本章小結(jié)58-59
• 5 結(jié)論與展望59-62
• 5.1 工作總結(jié)59-60
• 5.2 研究展望60-62
• 致謝62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 附錄67
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文與申請(qǐng)專利67
• B. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項(xiàng)目67

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來了解更多相關(guān)內(nèi)容

基于元胞自動(dòng)機(jī)的AODV能量均衡研究    韓麗麗;劉秀平;

能量均衡的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)短路徑路由算法    孫國棟;廖明宏;

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種能量均衡的分簇策略    付華;趙剛;

基于能量均衡的不均勻簇通訊協(xié)議    陳旗;

一種分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量均衡路由算法    劉湘雯;薛峰;李彥;于宏毅;胡捍英;

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法研究    陳翔;

基于模糊多屬性決策的WSN路由方法    徐倩楠;牛強(qiáng);

蟻群算法在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究    王瑩;

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種能量均衡的分布式成簇算法    劉新華;李方敏;曠海蘭;吳學(xué)紅;

一種區(qū)域間能量均衡的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法    劉明;黃小燕;劉銳;

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)定位系統(tǒng)    郭旭斌;葉長(zhǎng)城;王憶文;李輝;

基于蟻群算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法的研究    徐久強(qiáng);盧鎖;趙海;崔行兵;劉大鵬;

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的滾動(dòng)時(shí)域狀態(tài)估計(jì)方法    駱吉安;柴利;

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)測(cè)的Top-k監(jiān)測(cè)(英文)    曹芳菲;何文麟;陳紅;

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的普適計(jì)算研究    龍昭華;李景中;蔣貴全;張林;

一種能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)傳輸方法    任玲;唐昊;周雷;魏振春;

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種基于歷史數(shù)據(jù)分組的感知查詢技術(shù)    劉陽;楊曉春;王斌;于戈;李斌陽;

一種基于分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理系統(tǒng)    馬禮;唐長(zhǎng)茂;

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理層協(xié)議的研究現(xiàn)狀    梁(韋華);于海斌;

基于礦井節(jié)能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議的研究    袁蕊;

利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提高地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)能力    溫雅路

國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究進(jìn)展    賽迪顧問信息產(chǎn)業(yè)研究中心高級(jí)咨詢師 王坤

科學(xué)準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)    本報(bào)記者 姚傳富

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專利分析    美國專利律師 譚文曄　薛之揚(yáng)

理智部署無線傳感網(wǎng)    沈建苗　編譯

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)平臺(tái)投入應(yīng)用    卞 輯

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)改變未來世界    本報(bào)記者 趙建國

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)供電獲新援    

讓無線傳感器網(wǎng)絡(luò)走入生活    羅清岳

以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)打造智能化城市    記者 陸成鋼　通訊員 尚曉天

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)周期性數(shù)據(jù)收集研究    鄭杰

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)若干關(guān)鍵技術(shù)研究    王偉

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中信息分發(fā)的可靠性研究    張書奎

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗數(shù)據(jù)路由協(xié)議與傳輸技術(shù)研究    湯波

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)隱私保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究    趙寶康

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程抄表關(guān)鍵技術(shù)研究    姜宇

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于量化信息的目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)與融合    周彥

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中目標(biāo)覆蓋的研究    谷雨

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)精確動(dòng)態(tài)定位及其安全性問題研究    馬永波

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量高效組建關(guān)鍵技術(shù)的研究    羅丹彥

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量均衡問題的研究    劉旭瑩

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量均衡和延遲減少的移動(dòng)數(shù)據(jù)收集協(xié)議的研究    羅振瑛

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量均衡路由算法研究    李云紅

基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量均衡分簇算法研究    謝方方

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)休眠調(diào)度算法研究    許文君

分簇?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗均衡研究    胥楚貴

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量有效路由算法研究    張興強(qiáng)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性計(jì)算及路由研究    徐雪鑫

基于能量均衡的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多路徑路由算法的研究    貴彩虹

基于6LoWPANs的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能路由機(jī)制研究    吁玲