無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)能機(jī)制的研究

【摘要】： 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量廉價(jià)的傳感器節(jié)點(diǎn)組成,并通過(guò)自組織無(wú)線通信方式,協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象信息的智能型網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)通常由電池供電,部署后難以二次補(bǔ)充能量,因此如何高效地使用有限能量,降低節(jié)點(diǎn)能耗的同時(shí)均衡網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間的能量消耗,以延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期,是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的重要挑戰(zhàn)和協(xié)議棧各個(gè)層設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)。 本文著力于研究網(wǎng)絡(luò)層的節(jié)能路由協(xié)議,分別從均勻分簇和非均勻分簇兩方面提出了兩種節(jié)能的分簇路由協(xié)議——基于剩余能量級(jí)別的分簇路由協(xié)議RELCRP和基于非均勻環(huán)距的分簇路由協(xié)議UCBCRP. RELCRP協(xié)議的基本思想是采用基于優(yōu)先級(jí)的簇頭選取策略使得優(yōu)先級(jí)高剩余能量多的節(jié)點(diǎn)更早地廣播簇頭競(jìng)選通告,從而避免剩余能量低的節(jié)點(diǎn)成為簇頭節(jié)點(diǎn)；在簇間通信時(shí)采用單跳-多跳混合傳輸模式,簇頭節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身和鄰居簇頭節(jié)點(diǎn)的剩余能量級(jí)別切換傳輸方式,以緩解“熱點(diǎn)”問(wèn)題,從而均衡簇頭節(jié)點(diǎn)之間的能量消耗。UCBCRP協(xié)議的基本思想是將網(wǎng)絡(luò)劃分成間距不相等的圓環(huán)并通過(guò)一個(gè)參數(shù)控制不同層次圓環(huán)環(huán)距的非均勻程度以及圓環(huán)中所形成的簇結(jié)構(gòu)大小。距離基站越遠(yuǎn)的圓環(huán),其環(huán)距及簇結(jié)構(gòu)就越大,簇頭節(jié)點(diǎn)在簇內(nèi)通信時(shí)消耗的能量就越多；距離基站越近的圓環(huán),其環(huán)距及簇結(jié)構(gòu)也就越小,從而節(jié)省內(nèi)層簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行簇內(nèi)通信所需能耗以用于簇間通信。此外,為了均衡內(nèi)外層簇頭節(jié)點(diǎn)之間的能量消耗,該協(xié)議還引入了一種能量反饋機(jī)制。若簇頭節(jié)點(diǎn)的剩余能量低于預(yù)設(shè)的臨界能量TE_MIN,那么該簇頭節(jié)點(diǎn)只負(fù)責(zé)簇內(nèi)數(shù)據(jù)的傳輸,不承擔(dān)外層數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。 最后,本文還通過(guò)仿真工具M(jìn)ATLAB對(duì)所提出的兩種協(xié)議、LEACH協(xié)議、EEUC協(xié)議進(jìn)行了仿真,并將其分別與LEACH協(xié)議和EEUC協(xié)議進(jìn)行比較,仿真結(jié)果表明RELCRP協(xié)議和UCBCRP協(xié)議有效地均衡了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的能量消耗,延長(zhǎng)了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。 【關(guān)鍵詞】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 能量均衡 剩余能量級(jí)別 混合傳輸模式 非均勻分簇
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 選題背景及意義8
• 1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介8-12
• 1.2.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)8-10
• 1.2.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)10-11
• 1.2.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)11-12
• 1.3 本文的主要研究工作12-13
• 1.4 本文的組織結(jié)構(gòu)13-14
• 2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)能機(jī)制14-23
• 2.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗分析14-15
• 2.2 協(xié)議棧各層的節(jié)能機(jī)制15-20
• 2.2.1 物理層節(jié)能策略15-16
• 2.2.2 數(shù)據(jù)鏈路層節(jié)能策略16-18
• 2.2.3 網(wǎng)絡(luò)層節(jié)能策略18-20
• 2.3 跨層節(jié)能機(jī)制20-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 3 基于剩余能量級(jí)別的分簇路由協(xié)議23-35
• 3.1 問(wèn)題的提出23
• 3.2 算法思想23-26
• 3.2.1 剩余能量級(jí)別REL23-24
• 3.2.2 基于優(yōu)先級(jí)的簇頭選取策略24
• 3.2.3 單跳/多跳相結(jié)合的通信方式24-26
• 3.3 系統(tǒng)模型26-27
• 3.3.1 網(wǎng)絡(luò)模型26
• 3.3.2 能量模型26-27
• 3.4 算法描述27-32
• 3.4.1 網(wǎng)絡(luò)初始化28
• 3.4.2 簇頭選取階段28-30
• 3.4.3 簇的建立30
• 3.4.4 數(shù)據(jù)傳輸30-32
• 3.5 能耗分析32-34
• 3.6 本章小結(jié)34-35
• 4 基于非均勻環(huán)的分簇路由協(xié)議35-45
• 4.1 問(wèn)題的提出35-36
• 4.2 設(shè)計(jì)思想36
• 4.2.1 非均勻分簇機(jī)制36
• 4.2.2 能量反饋機(jī)制36
• 4.3 基于非均勻環(huán)距的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)36-37
• 4.4 算法執(zhí)行步驟37-43
• 4.4.1 網(wǎng)絡(luò)初始化37-38
• 4.4.2 簇頭的選取38-40
• 4.4.3 簇的建立40-41
• 4.4.4 數(shù)據(jù)傳輸41-43
• 4.5 性能分析43
• 4.6 本章小結(jié)43-45
• 5 仿真實(shí)驗(yàn)45-58
• 5.1 RELCRP協(xié)議的仿真45-50
• 5.1.1 仿真場(chǎng)景的建立45-46
• 5.1.2 仿真結(jié)果及分析46-50
• 5.2 基于非均勻環(huán)距的分簇路由協(xié)議的仿真50-57
• 5.2.1 仿真場(chǎng)景的建立51
• 5.2.2 仿真結(jié)果及分析51-57
• 5.3 本章小結(jié)57-58
• 結(jié)論58-60
• 參考文獻(xiàn)60-63
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況63-64
• 致謝64-66

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