基于分簇的无线传感器网络路由协议的研究

论文摘要

无线传感器网络集成了传感器、嵌入式计算、网络和无线通信四大技术,是一种全新的信息获取和处理技术,它是一种新型的无基础设施的无线网络,能够协作地实时监测、感知和采集各种环境的信息,并对其进行处理,通过无线通信方式把信息传送到信息汇聚点。无线传感器网络具有快速展开、抗毁性强且不需要固定的网络支持等特点,具有十分广阔的应用前景。该项新技术引起了学术界和工业界的高度重视。本论文对无线传感器网络的路由协议进行研究。无线传感器网络节点数量庞大、单个节点资源极其有限,其路由协议设计的主要目标是有效节约能源、延长网络生存周期。本论文在分析和比较了已有的几种经典的无线传感器网络的路由协议的基础上提出了一个算法和一个协议。本文提出的GCR（Geography-Based Clustering Routing）算法是在无线传感器网络地理位置信息已知的情况下,对单元格进行划分的分簇算法。在该分簇算法中新簇头完全由原簇头决定,可以减少频繁的簇头选举所消耗的能量。其特点是通信和计算量都很小,并且可以实现簇的重构,特别适用于数据采集、监测等静态的无线传感器网络。在此基础上,本文中提出了一种基于单元格划分的动态多跳路由协议CDMR（Cell-based Dynamic Multi-hop Routing）,该协议簇内采用链式通信,有效减少传播延时和簇头的能耗,在簇间通信时利用建立的路由表采取多跳方式进行,可以有效避免簇头能量消耗不均衡的问题。为了验证CDMR协议的优越性,本文通过OPNET软件对其进行仿真,仿真结果显示CDMR协议有效的均衡了节点的能量消耗,显著延长了网络的生存周期。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 无线传感器网络的研究背景
• 1.2 无线传感器网络的研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 论文主要工作
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络的定义
• 2.2 无线传感器网络的体系结构
• 2.2.1 无线传感器节点的体系结构
• 2.2.2 无线传感器网络的系统结构
• 2.3 无线传感器网络特点与面临挑战
• 2.3.1 无线传感器网络的特点
• 2.3.2 无线传感器网络面临的挑战
• 2.4 无线传感器网络性能评价标准
• 2.5 本章小结
• 第3章 无线传感器网络路由协议分析
• 3.1 无线传感器网络路由协议的分类
• 3.2 无线传感器网络分簇路由协议特点
• 3.3 无线传感器网络路由协议设计的要求
• 3.4 无线传感器网络经典路由协议分析
• 3.4.1 Flooding协议和Gossiping协议
• 3.4.2 SPIN协议
• 3.4.3 Directed Diffusion协议
• 3.4.4 MTE协议
• 3.4.5 Rumor协议
• 3.4.6 LEACH协议
• 3.4.7 TEEN协议
• 3.4.8 PEGASIS协议
• 3.5 本章小结
• 第4章 一种基于地理位置信息的分簇算法
• 4.1 算法思想
• 4.2 算法能量模型和功率控制模型
• 4.2.1 算法的能量模型
• 4.2.2 节点的功率控制模型
• 4.3 算法描述
• 4.3.1 算法中的变量设置
• 4.3.2 虚拟单元格的划分
• 4.3.3 原始簇头的选举
• 4.3.4 新簇头的选举
• 4.4 算法性能分析
• 4.4.1 能量消耗的平衡性
• 4.4.2 算法执行所需能量
• 4.4.3 通信干扰程度
• 4.4.4 算法的耗时
• 4.5 本章小结
• 第5章 一种基于单元格划分的动态多跳路由协议
• 5.1 协议的假设条件
• 5.2 协议的信道模型
• 5.3 协议的实现
• 5.3.1 簇内节点命名
• 5.3.2 簇内路由
• 5.3.3 簇间中继
• 5.3.4 簇的重构
• 5.4 仿真和性能评价
• 5.4.1 仿真场景及参数设置
• 5.4.2 仿真结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢