无线传感器网络中基于节能的路由协议研究

【摘要】： 传感器技术、微机电系统、现代网络和无线通信等技术的进步,推动了具有现代意义的无线传感器网络的产生和发展。无线传感器网络(wireless sensor network)是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观察者。无线传感器网络具有组网快捷、灵活等优点,具有很高的研究价值和十分广阔的应用前景。 由于无线传感器网络节点数量庞大,单个节点能源有限,并且能源不能进行补充,因此路由协议设计的首要目标是有效节约能源,延长网络生命周期。本文首先回顾了无线传感器网络的发展历程,介绍了无线传感器网络的应用场合以及发展前景,以及现在面临的技术难点和挑战;其次分析了无线传感器网络的组成结构,对现有的无线传感器网络的网络架构进行了分析对比;再次,就现有的无线传感器网络的各种路由协议和算法进行了对比和分析,总结了无线传感器网络路由协议的共同特点以及不同网络路由协议间的不同之处;最后,在无线传感器网络LEACH协议的基础上,针对随机簇首选择机制的不足提出了一种新型的簇首选择算法,新型的簇首选择算法在簇初始化阶段通过模拟退火算法进行最优化分簇,在簇重构过程中通过综合考虑候选节点的剩余能量,地理位置等参数来优化簇首的选择,从而有效地降低了低能量与位置不佳的节点被选为簇首的可能性,进一步保证网络内节点能量负载的均衡性,并对新型簇首选择算法所增加的能量开销进行了定量分析。 通过在Network Simlator 2(NS2)平台上的仿真实验,将改进协议与LEACH协议进行对比,实验表明新型簇首选择算法使网络内的节点能量负载均衡化,并延长了节点与网络的寿命。 【关键词】：无线传感器网络 路由协议 NS2 LEACH 簇首选择 节能
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 无线传感器网络概述9-19
• 1.1 无线传感器网络的概念9
• 1.2 无线传感器网络的应用9-11
• 1.3 无线传感器网络的关键技术11-14
• 1.4 无线传感器网络的研究进展14-17
• 1.5 无线传感器网络的性能评价17-18
• 1.6 本文研究内容与具体目标18
• 1.7 论文结构18-19
• 第二章 无线传感器网络体系结构19-26
• 2.1 传感器网络体系结构19-22
• 2.1.1 传感器网络结构19-20
• 2.1.2 传感器节点结构20
• 2.1.3 传感器网络协议栈20-22
• 2.2 无线传感器网络的特征22-25
• 2.2.1 无线传感器网络的网络特征22-23
• 2.2.2 无线传感器网络节点特征23-25
• 2.2.3 无线传感器网络协议栈特征25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 无线传感器网络路由协议分析及比较26-38
• 3.1 无线传感器网络路由协议概述26
• 3.2 无线传感器网络路由协议的特点26-27
• 3.3 无线传感器网络的设计目标27
• 3.4 无线传感器网络的分类27-29
• 3.4.1 按源节点获取路径的划分27-28
• 3.4.2 按节点参与通信方式的划分28
• 3.4.3 按路由发现过程的划分28-29
• 3.5 无线传感器网络典型路由协议29-36
• 3.5.1 洪泛算法29
• 3.5.2 闲聊法29-30
• 3.5.3 SPIN30-31
• 3.5.4 定向扩散31-33
• 3.5.5 低功耗自适应聚类路由协议LEACH33
• 3.5.6 阈值敏感的高能效路由协议TEEN33-35
• 3.5.7 高能效传感信息采集协议PEGASIS35-36
• 3.5.8 最小开销前向算法36
• 3.6 各路由协议性能比较与分析36-37
• 3.7 本章小结37-38
• 第四章 基于新型簇首选择算法的LEACH 协议改进38-51
• 4.1 LEACH 协议模型38-40
• 4.2 新型簇首选择算法40-44
• 4.2.1 问题的提出40
• 4.2.2 理论分析40-44
• 4.3 新型簇首选择算法实现44-50
• 4.3.1 簇建立阶段45-48
• 4.3.2 簇稳定阶段48
• 4.3.3 新型簇首选择算法能量增加开销分析48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 实验及分析51-63
• 5.1 仿真软件NS2 介绍51-52
• 5.2 新型簇首选择算法在NS2 上的实现52-55
• 5.2.1 NS2 中传感器节点的结构52
• 5.2.2 MAC 层采用协议52-53
• 5.2.3 能量消耗的设定53
• 5.2.4 新型簇首选择算法程序结构图53-55
• 5.3 仿真中簇类的参数选择55-60
• 5.3.1 最优簇首个数55-58
• 5.3.2 每轮持续时长58-60
• 5.4 新型簇首选择算法60-62
• 5.5 本章小结62-63
• 结论63-65
• 1.主要研究工作63
• 2.不足63
• 3.展望63-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 附录 攻读学位期间所发表的学术论文69-70
• 详细摘要70-73

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