传感器网络中节能路由算法研究

【摘要】： 无线传感器网络是一种全新的信息获取和信息处理、传输技术,通常包含大量的可自组织成多跳无线网络的分布式传感器节点。无线传感器网络具有组网快捷、灵活,且不受有线网络约束的优点,可用于紧急搜索、灾难救助、军事、医疗等环境中,具有广泛的应用前景。无线传感器网络己经引起了学术界和工业界的高度重视,被称为是21世纪最有发展前景的技术之一。 和传统的无线网络相比,无线传感器网络有能量约束、冗余高的低数据率数据和多对一的数据流等特点。能量有效性是无线传感器网络的主要性能指标。根据对无线传感器网络能量管理策略的分析,影响能量消耗的主要因素有:感知数据、数据处理和无线电通信,其中无线电通信是能量消耗的最主要的环节。无线传感器网络能量有效性的实现虽然可以在通信协议栈的不同层加以改进,但由于基础物理层的局限,改进主要在网络层通信协议的设计与实现。 本文致力于研究无线传感器网络的路由节能问题。文章在分析和比较传感器网络路由协议的基础上,针对不同的应用背景,设计了三个路由协议算法:基于数据融合树的低功耗路由算法、基于簇的多跳高效节能路由算法和异构能量有效分簇算法。前两种算法是在节点同构的基础上设计出来的,它们的应用角度不同,前一种适合于中小传感器网络规模,而第二种适合大规模的传感器网络;第三个算法主要针对节点能量异构的情况提出的。为了验证所做的工作的效能,文中通过NS-2仿真工具进行功能验证和性能考察。本文的主要工作和创新点如下: 1、现有的传感器网络路由协议分类和比较。 根据不同应用对传感器网络各种特性敏感程度,将现有的路由协议进行了分类并对主要路由协议详细的分析,此外,文章还从传感器网络路由协议性能角度对现有的协议进行了比较,同时发现基于层次的路由协议要比其他协议节能效果都要好,能有效地平衡整个传感器网络的能量、延长了整个网络的生存周期。 2、基于数据融合树的低功耗路由算法-DATEE算法。 文章将组播路由中最短路径算法运用到传感器网络中,构造出数据融合树,当源节点到某节点的最短路径不唯一时,算法总是选择一条与其他源节点的共享路径最长的最短路径,这样所构造的数据融合树的总消耗降低。当源节点探测到感兴趣的数据后通过构造的数据融合树传递给sink节点。实验表明,该算法能够很好地适应由于节点失效或节点移动而引起的拓扑变化,在平均能耗、生命周期以及时间延迟方面表现出了良好的性能。 3、基于簇的多跳高效节能路由算法-MHEEC算法。 文章在基于层次路由协议的基础上,提出了一种多跳的高效节能的分簇算法-MHEEC。算法中节点根据其当前能量来竞争簇头,为了减小簇成员的能量开销,簇的覆盖局限在一定范围内,同时在簇的区域内加入了休眠机制;簇头之间建立路由树以多跳方式将收集到的数据进行数据融合后发送到父簇头节点,然后通过该节点将整个网络收集的数据发送到sink节点,这样簇头就可以避免因为进行数据传输而造成过早的死亡。实验结果显示,该算法和LEACH协议相比较,可以很好的节省能量开销,具有良好的性能。 4、在异构的传感器网络下,提出了能量异构的分布式高效节能路由算法-DEHC算法。 本算法是为异构网络而设计的。它采用了LEACH的簇头轮转思想,让簇头节点的选举与节点当前能量直接相关,通过估计网络节点平均能量的估计值作为参考值,根据当前能量与参考值的比值自适应地调整簇头轮转周期,较高初始能量和当前能量的节点比低能量节点可用于更多的机会成为簇头节点,从而延长网络的生存周期。仿真实验表明,在异构传感器网络下,该算法与现有的主要成簇协议相比,提供了更长的网络生存周期。 上述三个算法与LEACH算法相比都具有良好的路由性能。在同构传感器网络中,与其他的两种算法以及现有的路由协议相比,MHEEC算法在减少整体能量消耗、节点能耗等路由性能方面都既有良好的性能。在异构传感器网络中,DEHC算法与其他的两种算法和异构网络路由协议相比具有很好的路由性能,而且DEHC算法对异构网络环境具有自适应的特点。 【关键词】：无线传感器网络 异构传感器网络 能量有效 LEACH NS-2
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究背景10
• 1.2 传感器网络概述10-13
• 1.3 传感器网络的应用13-15
• 1.4 传感器网络研究中的关键技术15-17
• 1.5 本文的研究目的与意义17-18
• 1.6 本文的研究内容与结构安排18-19
• 第二章 传感器网络路由协议分析19-29
• 2.1 无线传感器网络路由协议概述19-21
• 2.2 路由协议的设计目标和性能指标21-22
• 2.3 无线传感器网络路由协议研究现状22-27
• 2.4 路由协议性能评价及其比较27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 基于数据融合树的低功耗路由算法29-36
• 3.1 DATEE 算法提出背景29
• 3.2 系统模型和问题描述29-31
• 3.3 DATEE 算法具体描述31-33
• 3.4 仿真实验33-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第四章 基于簇的多跳高效节能路由算法36-45
• 4.1 MHEEC 算法提出背景36-37
• 4.2 系统模型37-39
• 4.3 MHEEC 算法具体描述39-43
• 4.4 仿真实验43-44
• 4.5 本章小结44-45
• 第五章 分布式的能量异构传感器网络分簇路由算法45-55
• 5.1 DEHC 协议提出背景45-46
• 5.2 异构网络模型46-48
• 5.3 DEHC 成簇算法具体描述48-52
• 5.4 仿真实验52-54
• 5.5 本章小结54-55
• 第六章 结束语55-57
• 6.1 本文的主要工作55-56
• 6.2 进一步的工作56-57
• 参考文献57-60
• 致谢60-61
• 攻读硕士学位期间发表或录用的论文61

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

能量高效的异构传感器网络模型的研究    唐文胜;肖和龙;王胜春;

无线传感器网络拓扑优化研究    马斌;周小佳;

无线传感器网络S-MAC协议的时延控制    施海健;张海滨;钱良;宋文涛;

基于无线传感器网络SPIN协议的一种改进方案    任秀丽;李政;

一种带有自维护功能的无线传感器网络聚类算法    姜国彬;张世永;钟亦平;

无线传感器网络拓扑控制分析    刘强;卢东昕;张焕水;那成亮;

传感器网络中以数据为中心的路由协议    刘春余;

无线传感器网络技术发展现状    孙亭;杨永田;李立宏;

无线传感器网络关键性问题的研究    李永琴;

无线传感器网络节点定位机制研究    章浩;李萍萍;张西良;

基于无线传感器网络的室内定位系统    郭旭斌;叶长城;王忆文;李辉;

基于蚁群算法的无线传感器网络路由算法的研究    徐久强;卢锁;赵海;崔行兵;刘大鹏;

无线传感器网络的滚动时域状态估计方法    骆吉安;柴利;

无线传感器网络中基于预测的Top-k监测(英文)    曹芳菲;何文麟;陈红;

基于无线传感器网络的普适计算研究    龙昭华;李景中;蒋贵全;张林;

一种能量高效的无线传感器网络自适应传输方法    任玲;唐昊;周雷;魏振春;

无线传感器网络中一种基于历史数据分组的感知查询技术    刘阳;杨晓春;王斌;于戈;李斌阳;

一种基于分簇的无线传感器网络数据存储管理系统    马礼;唐长茂;

无线传感器网络物理层协议的研究现状    梁(韦华);于海斌;

基于矿井节能的无线传感器网络MAC协议的研究    袁蕊;

利用无线传感器网络提高地质灾害监测能力    温雅路

国内外物联网技术研究进展    赛迪顾问信息产业研究中心高级咨询师 王坤

科学准确地认识物联网    本报记者 姚传富

无线传感器网络技术专利分析    美国专利律师 谭文晔　薛之扬

理智部署无线传感网    沈建苗　编译

无线传感器网络观测平台投入应用    卞 辑

无线传感器网络改变未来世界    本报记者 赵建国

无线传感器网络供电获新援    

让无线传感器网络走入生活    罗清岳

以无线传感器网络打造智能化城市    记者 陆成钢　通讯员 尚晓天

无线传感器网络隐私保护关键技术研究    赵宝康

基于无线传感器网络的远程抄表关键技术研究    姜宇

无线传感器网络中基于量化信息的目标状态估计与融合    周彦

无线传感器网络中目标覆盖的研究    谷雨

无线传感器网络精确动态定位及其安全性问题研究    马永波

无线传感器网络能量高效组建关键技术的研究    罗丹彦

无线传感器网络能量有效安全路由协议研究    毕嘉娜

多媒体无线传感器网络中若干算法研究    李哲涛

无线传感器网络高能效可靠数据传输理论及应用研究    李玉凯

基于无线传感器网络的定位和跟踪算法研究    丁英强

基于无线传感器网络的光强环境监测系统设计    蔡殷

基于无线传感器网络的导航系统设计与实现    黄衍玺

基于北斗系统的无线传感器网络目标定位算法研究    张涛

无线传感器网络目标优化覆盖的研究    唐健华

无线传感器网络覆盖算法研究    杨凤伟

无线传感器网络中基于压缩感知技术的数据压缩方法研究    龚静

无线传感器网络在农田温湿度信息采集中的构建与应用    孙艳红

无线传感器网络在蔬菜大棚环境监测中的应用研究    张滢

无线传感器网络安全支持技术的研究    王帆

基于无线传感器网络的振动信号采集系统研究    张承海