基于能量高效的传感器网络路由算法研究

论文题目: 基于能量高效的传感器网络路由算法研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 计算机系统结构

作者: 郑增威

导师: 吴朝晖

关键词: 传感器网络,无线传感器网络,普适计算,路由协议,路由算法,聚类算法,多跳路由,多类头,权重引导,事件驱动

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 随着“普适计算”技术模式的出现,传感器网络作为一种新型数据采集的技术手段,在未来具有无限光明的应用前景。目前,传感器网络许多相关技术内容仍然处于探索阶段,比如:网络协议设计、能源管理、数据传输安全性和可靠性等问题。只有有效解决所面临的这些技术问题,传感器网络才能有机会真正应用到军事、医疗、商业、教育、环境等领域,发挥潜在的巨大价值,才能真正转化为生产力。因此,对其研究是大有裨益的。本文从解决传感器网路路由协议算法角度进行探讨,作了一些有益的尝试,主要反映在以下四个方面: 第一,论述了传感器网络区别于其它无线网络(如MANET、蜂窝网络)的一些内在特征,分析了一些传感器网络路由算法设计的影响因素。对现有的一些传感器网络路由协议算法进行分类的基础上,综述了它们的优缺点及其性能问题,为设计新的性能更好的路由协议算法奠定基础; 第二,为延缓传感器网络寿命,提高能量使用效率,提出一种新的能效高的可靠聚类路由算法——多类头方法的传感器网络聚类路由算法。该算法采用每个类多类头节点共同承担类头节点的作用——收集数据、聚合数据并发送数据包到sink节点,解决单类头节点因故障等原因带来的不可靠而导致的能量损失,改善网络能量使用效率,提高数据传输可靠性。在仿真环境下,该算法与单类头方法的聚类路由算法进行了比较,结果表明,该算法改善了能量消耗均衡性,提高了能量使用效率以及类头节点数据传输可靠性,从而也有效延长了网络寿命。第三,从关注能量节约和均衡运用来延长网络寿命的角度,提出一种新的基于权重引导的多跳路由算法,该算法适应连续流数据传输应用模型的需要,在兼顾每个节点的能量状况的同时,充分利用路由方向性信息,引入路由权重概念,可以实现引导节点既考虑能量均衡使用,同时实现快速路由数据到目标节点(即sink节点)的目的。经仿真验证,该算法有效节约能量,均衡使用能量,延长网络寿命,路由数据快速。第四,结合传感器网络事件驱动型数据传输模型具有不同于其它数据传输

论文目录:

第一章绪论

§1.1 传感器网络的研究背景

1.1.1 普适计算模式的出现

1.1.2 传感器网络应用前景

§1.2 传感器网络结构及其能耗情况

1.2.1 传感器网络的网络结构

1.2.2 传感器网络通信协议栈

1.2.3 传感器节点能耗情况

1.2.4 传感器节点节能策略

1.2.5 传感器网络研究内容

§1.3 本文的主要贡献

§1.4 本文的组织结构

第二章传感器网络路由协议算法综述

§2.1 传感器网络路由协议算法的设计目标

§2.2 传感器网络路由算法设计面临的挑战

§2.3 现有传感器网络路由协议算法

2.3.1 基于网络结构的协议

2.3.1.1 平面路由协议

2.3.1.2 层次化路由协议

2.3.1.3 基于位置信息的路由协议

2.3.2 基于协议操作的协议

2.3.2.1 基于协商的路由协议

2.3.2.2 多路径路由协议

2.3.2.3 基于QoS的路由协议

2.3.2.4 基于查询的路由协议

2.3.2.5 相关和无关处理的路由协议

§2.4 本章小结

第三章多类头聚类路由算法

§3.1 可靠聚类路由算法

3.1.1 单类头方法

3.1.2 改进的方法

3.1.2.1 类头节点主动让贤

3.1.2.2 类头节点被动弃权

3.1.2.3 多类头节点方法

§3.2 仿真试验与结果分析

3.2.1 仿真环境和测试标准

3.2.1 试验结果分析

§3.3 本章小结

第四章权重引导的多跳路由算法

§4.1 WDM算法

§4.2 仿真试验与结果分析

4.2.1 仿真环境和测试标准

4.2.2 试验结果分析

§4.3 本章小结

第五章事件驱动的聚类路由算法

§5.1 EDC算法

5.1.1 算法思想描述

5.1.1.1 初始化

5.1.1.2 类头选择方法

5.1.2 算法实现过程

5.1.2.1 聚类过程

5.1.2.2 类稳定阶段

§5.2 算法性能分析

5.2.1 仿真环境

5.2.2 仿真结果

5.2.3 结果分析

§5.3 本章小结

第六章结论与展望

§6.1 总结与结论

§6.2 未来研究工作与展望

致谢

参考文献

博士期间论文

发布时间: 2006-02-08

基于能量高效的传感器网络路由算法研究

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