基于低能耗節(jié)能的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議算法的研究

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是目前計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一項(xiàng)研究熱點(diǎn),為人們獲取信息提供了有利條件。傳感器節(jié)點(diǎn)小容易隱蔽,價(jià)格便宜,所以可以大面積分布在要監(jiān)測區(qū)域,而且容易部署、節(jié)點(diǎn)自組織形成網(wǎng)絡(luò)。但是傳感器節(jié)點(diǎn)的電池能量有限,而且大多數(shù)情況下不能充電和更換節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)能量一旦用完,意味著節(jié)點(diǎn)死亡,網(wǎng)絡(luò)則受到影響,因此能量問題成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的困擾。所以國內(nèi)外的研究人員紛紛提出了基于能量的路由協(xié)議,怎樣減少節(jié)點(diǎn)的能量消耗,延長網(wǎng)絡(luò)壽命成為當(dāng)今無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究的關(guān)鍵。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用性相關(guān)的網(wǎng)絡(luò),根據(jù)不同應(yīng)用將路由協(xié)議分為不同的類別。 本文闡述了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),并對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型的路由協(xié)議做出分析和總結(jié)。論文將視點(diǎn)放在了分簇技術(shù)和節(jié)能技術(shù)上,對現(xiàn)有的分簇路由協(xié)議進(jìn)行研究總結(jié),并分析節(jié)能策略和常用的節(jié)能技術(shù),提出了一種節(jié)能的負(fù)載均衡的分簇路由協(xié)議—EELCA(Energy Efficient and Load-balanced Clustering Algorithm)。協(xié)議采用分簇的形式,根據(jù)最優(yōu)簇頭比例計(jì)算出簇頭個(gè)數(shù),然后根據(jù)一定的規(guī)則劃分區(qū)域,并分配每個(gè)子域內(nèi)簇頭個(gè)數(shù);之后,每個(gè)子域根據(jù)能量的高低選舉簇頭節(jié)點(diǎn),根據(jù)簇頭的最優(yōu)覆蓋范圍確定簇頭間的距離,使得子域內(nèi)的簇頭保持一定的間距。既能覆蓋全網(wǎng),又避免產(chǎn)生信號干擾。簇頭選舉完畢后,普通節(jié)點(diǎn)申請加入簇,但此時(shí)并不限制區(qū)域,也就是說節(jié)點(diǎn)可以加入和自己同一個(gè)子域的簇頭,也可以加入別的區(qū)域內(nèi)的簇頭。但是要遵循一定的原則,本文將這個(gè)原則命名為均衡原則,此原則考慮到三方面的因素,節(jié)點(diǎn)收到簇頭的信號強(qiáng)度、簇頭的成員數(shù)、以及簇頭到基站的距離。根據(jù)這三點(diǎn)的判斷來決定加入的簇。簇形成之后,進(jìn)入穩(wěn)定階段,普通節(jié)點(diǎn)將信息發(fā)送給簇頭,子域ID大的簇頭又將信息發(fā)送給比自己ID小的簇頭,直到將信息傳遞到基站。 應(yīng)用Matlab工具對EELCA進(jìn)行仿真測試,各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該協(xié)議能獲得更好的均衡性和節(jié)能性。 最后提出基于中國剩余定理Chinese Remainder Theorem(CR T)的轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù),主要思想是將源信息包分割成若干個(gè)子包,使得網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需要轉(zhuǎn)發(fā)很小的子包,這樣減少了信息傳輸所產(chǎn)生的能耗。然后Sink節(jié)點(diǎn)根據(jù)CRT算法將收到的子信息包進(jìn)行重組,恢復(fù)為源信息包。在傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過程中,會(huì)出現(xiàn)丟包現(xiàn)象,在本文中的轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)中,若發(fā)生某個(gè)子包丟失,sink節(jié)點(diǎn)仍然可以通過其他子包得到源信息包,提高了信息傳輸效率。 【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 路由協(xié)議 分簇算法 負(fù)載均衡 能量有效 中國剩余定理 分割 重組
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TP212.9;TN915.04
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題研究背景10-11
• 1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用11-14
• 1.2.1 研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用13-14
• 1.3 本文研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)14-15
• 1.4 本文組織結(jié)構(gòu)15-16
• 第2章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究16-27
• 2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議概述16-17
• 2.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由概念16
• 2.1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計(jì)特點(diǎn)16-17
• 2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)17
• 2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議分類17-20
• 2.3.1 層次型和平面型路由協(xié)議18
• 2.3.2 主動(dòng)被動(dòng)和混合型路由協(xié)議18-19
• 2.3.3 以數(shù)據(jù)為中心的路由協(xié)議19
• 2.3.4 基于位置的路由協(xié)議19
• 2.3.5 可靠路由協(xié)議19
• 2.3.6 多路徑和單路徑的路由協(xié)議19-20
• 2.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)典型路由協(xié)議分析20-27
• 第3章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)能技術(shù)和分簇技術(shù)研究27-38
• 3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能技術(shù)綜述27-32
• 3.1.1 節(jié)能技術(shù)研究的必要性27
• 3.1.2 節(jié)能策略研究27-30
• 3.1.3 常用節(jié)能技術(shù)30-32
• 3.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的分簇算法研究32-38
• 3.2.1 分簇路由協(xié)議概述32-33
• 3.2.2 分簇路由協(xié)議解析33-34
• 3.2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議算法的研究現(xiàn)狀34-38
• 第4章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡的分簇算法38-50
• 4.1 網(wǎng)絡(luò)模型與能量模型38-39
• 4.2 EELCA 分簇算法思想39-44
• 4.2.1 分簇算法準(zhǔn)備39-40
• 4.2.2 簇的形成階段40-42
• 4.2.3 簇的穩(wěn)定階段42-44
• 4.3 仿真結(jié)果分析與比較44-50
• 第5章 基于中國剩余定理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)算法50-59
• 5.1 理論基礎(chǔ)50-51
• 5.2 中國剩余定理51-52
• 5.3 能量有效性的度量52-53
• 5.4 素?cái)?shù)的選擇53-54
• 5.5 轉(zhuǎn)發(fā)算法描述54-59
• 5.5.1 初始階段54-57
• 5.5.2 轉(zhuǎn)發(fā)階段57-59
• 第6章 總結(jié)與展望59-60
• 6.1 全文總結(jié)59
• 6.2 研究展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-66
• 致謝66-67
• 附錄67

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