无线传感器网络路由协议的研究

论文摘要

无线传感器网络是现代通信网络的一个新的研究领域，它由大量的传感器节点组成，通过无线通信方式自组织形成网络，能够实现对目标的实时监测、采集和信息处理。近年来，随着传感器技术、微电机技术、现代网络和无线通信等技术的进步，无线传感器网络得到了快速发展，应用前景十分广阔，可广泛应用于军事侦察、医疗救护、空间探测、环境监测、智能交通和智能家居等众多领域。本文首先介绍了课题背景，阐述了本课题的研究目的以及意义。接着，对无线传感器网络的概念、体系结构、特点以及关键技术做了简要介绍，由于无线传感器网络通常由大量密集的传感器节点构成，节点的能源、计算能力和带宽都非常有限，传统的无线路由协议不适合无线传感器网络。因此，设计能够有效节约能源、延长网络生命周期的路由协议成为了无线传感器网络研究的一个重点。本文对现有的无线传感器网络路由协议进行了分类和比较研究。然后有针对性地选择了典型的分簇式路由协议——LEACH协议作为研究对象。LEACH协议是一种典型的分簇路由协议，簇头的选取直接影响到协议性能的优劣。原有的LEACH协议中，簇头的产生完全依赖于概率事件，虽然从统计上，平均簇头数可以达到最优，但每轮的簇头数却存在较大的差异。其次，LEACH协议是让网络中的节点自组织地形成簇，簇头是随机产生的，这种随机产生的方式无法保证簇头节点的合理分布，也没有考虑节点的状态。因此本文从簇头数目、簇头分布以及簇头的能量三个方面提出了改进思路。改进后的LEACH协议，对簇头节点的产生区域进行了限定，保证了簇头数目的最优化以及簇头的合理分布，以节点剩余能量的多少为主要依据来选择簇头节点。经过NS2仿真平台的测试，改进后的路由协议使得整个网络的生命周期延长，具有较好的能量优化特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 主要工作及论文结构
• 第2章 无线传感器网络的基础理论与技术
• 2.1 无线传感器网络的体系结构
• 2.1.1 无线传感器网络结构
• 2.1.2 无线传感器网络协议栈
• 2.2 传感器节点特征
• 2.3 传感器节点的设计要求
• 2.4 无线传感器网络的特点
• 2.5 无线传感器网络的应用领域
• 2.6 无线传感器网络的关键技术
• 2.6.1 数据融合技术
• 2.6.2 网络安全技术
• 2.6.3 定位技术
• 2.6.4 网络拓扑技术
• 2.7 本章小结
• 第3章 无线传感器网络路由协议的分析与比较
• 3.1 路由协议概述
• 3.2 路由协议的分类
• 3.3 典型路由协议
• 3.3.1 洪泛协议
• 3.3.2 定向扩散协议
• 3.3.3 SPIN协议
• 3.3.4 GEAR协议
• 3.3.5 LEACH协议
• 3.3.6 TEEN协议
• 3.3.7 PEGASIS协议
• 3.4 路由协议的比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 LEACH路由协议的研究及改进
• 4.1 LEACH算法的物理模型
• 4.2 LEACH算法的具体描述
• 4.3 仿真工具介绍
• 4.4 仿真模型的建立
• 4.5 最佳簇头数的选取
• 4.6 LEACH算法的不足之处
• 4.7 LEACH算法的改进
• 4.7.1 簇头数目不均的改进
• 4.7.2 簇头分布不合理的改进
• 4.7.3 簇头选取不合理的改进
• 4.8 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文