无线传感器网络的硬件设计及分簇算法研究

论文摘要

无线传感器网络是由大量廉价的同构或异构,具有无线通信与计算能力的微型传感器节点,部署在无人值守的监测或测量区域,能够根据监测目标或对象自主完成给定任务,并将准确的信息传送到远端用户的智能监测网络系统。它是继互联网之后,将对21世纪人类生活方式产生重大影响的IT技术之一。无线传感器网络的路由协议对传感器的网络性能有着重要影响。无线传感器网络节点具有电源能量有限、硬件资源受限、节点数量巨大等特点,它的网络协议与传统路由协议相比具有明显的不同。因此,设计高效节能的无线传感器网络路由算法以延长网络的生命周期,成为人们研究的热点。LEACH作为一种经典的网络分层协议,尽管能够延长网络的生命周期,但是仍然存在一定的问题。本文对LEACH路由协议展开研究。LEACH簇头的产生是随机产生的,即使加入了调节因子,仍然存在着簇头数量不固定及簇头分布不均匀的问题,影响整个无线传感器网络的生命周期。本文应用了基于节点划分的成簇方法,该分簇方法在分簇前,先将无线传感器网络分为若干个区域,簇头则从每个区域中选取,保证簇头的数量为最佳分簇个数,并且簇头的分布也有一定的改善。文中提出通过成簇时普通成员节点选择簇头标准的不同将节点划分成簇方法分为两种：区域划分方法和簇头竞争方法,并利用仿真进行分析比较。最后利用遗传算法对簇头竞争的节点划分成簇方法进行优化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 无线传感器的发展历程
• 1.2 无线传感器网络研究现状
• 1.3 研究背景
• 1.4 论文的主要工作
• 第2章 基础理论
• 2.1 无线传感器网络结构
• 2.2 无线传感器网络路由协议
• 2.3 典型路由算法
• 2.3.1 平面路由算法
• 2.3.2 分层路由算法
• 2.3.3 路由协议比较
• 2.4 遗传算法
• 2.5 本章小结
• 第3章 无线传感器网络节点的硬件设计
• 3.1 硬件设计的要求
• 3.2 硬件设计的主要内容
• 3.2.1 处理器模块设计
• 3.2.2 无线通信模块设计
• 3.2.3 传感器模块设计
• 3.2.4 电源模块的设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 LEACH路由算法的研究与仿真
• 4.1 网络模型
• 4.1.1 无线通信模型
• 4.1.2 无线传感器网络的参数设置
• 4.2 LEACH的分析与仿真
• 4.2.1 簇头通信
• 4.2.2 最佳分簇个数
• 4.2.3 簇头选举算法
• 4.3 LEACH与其他典型协议的比较
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于节点划分的成簇算法
• 5.1 问题的提出
• 5.1.1 成簇的度量标准
• 5.1.2 LEACH的缺陷
• 5.2 节点划分的分簇
• 5.2.1 区域划分
• 5.2.2 簇头竞争
• 5.3 最佳区域划分
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢