无线传感器网络分簇路由协议的研究与改进

论文摘要

无线传感器网络因其广阔的应用前景和独特的技术挑战吸引了众多学者的研究兴趣,并逐渐成为了近几年来计算机网络领域中热门方向。路由协议作为无线传感器网络组网的基础和网络层的核心技术,成为无线传感器网络研究的重点。本文首先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,然后对现有的各种无线传感器网络的路由协议做了深入分析。针对分簇协议普遍存在能量消耗不均和负载不均衡的问题,设计了基于权值的聚簇路由协议(WCRP协议),通过局部拓扑信息的权值计算,增强簇头选举的合理性,通过基于消息驱动机制的簇划分,提高负载的均衡性。针对PEGASIS协议数据传输延时较大和能量消耗不均的问题,设计了双层链式路由协议(DCCR协议),根据地理位置实现集中式分簇,在簇内形成短小的数据传输融合链,在簇间形成簇头链,以减小通信时延;并引入能量和距离作为簇头选举因子,以均衡节点的能量消耗。针对PEGASIS协议因采用贪婪算法导致链路径较长的问题,设计了改进的PEGASIS协议(PPEG协议),使用简单高效的离散式PSO算法,构造全局近似最短链,并在簇头选举中引入能量因子,以减少全网能耗。实验结果表明:WCRP协议具有良好的能量效率和负载平衡性,与采用MAXD成簇算法的协议相比,其网络生命周期延长约30%;DCCR协议具有良好的实时性,与PEGASIS协议相比,其传输延时降低约50%;PPEG协议能降低全网通信总距离,有效的减少了通信能耗。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文的组织结构
• 第二章 无线传感器网络及路由协议
• 2.1 无线传感器网络概述
• 2.1.1 无线传感器网络体系结构
• 2.1.2 无线传感器网络的特点
• 2.1.3 无线传感器网络的关键技术
• 2.2 无线传感器网络路由协议
• 2.2.1 无线传感器网络路由协议概述
• 2.2.2 无线传感器网络路由协议设计原则
• 2.3 无线传感器网络路由协议分析
• 2.3.1 路由协议分类
• 2.3.2 平面路由协议
• 2.3.3 分簇路由协议
• 2.4 本章小节
• 第三章 基于权值的聚簇路由协议WCRP
• 3.1 问题的提出
• 3.2 能量模型及网络模型
• 3.2.1 能量模型
• 3.2.2 网络模型
• 3.3 WCRP 协议的改进
• 3.3.1 簇头选举算法
• 3.3.2 簇的划分
• 3.4 协议的设计
• 3.4.1 相关数据结构及报文设计
• 3.4.2 数据传输
• 3.4.3 簇头的轮换
• 3.4.4 路由的动态维护
• 3.5 WCRP 协议仿真及结果分析
• 3.5.1 簇负载的均衡性
• 3.5.2 网络节能性
• 3.5.3 网络簇头数目
• 3.6 本章小节
• 第四章 双层链式路由协议DCCR
• 4.1 问题的提出
• 4.2 应用环境与网络模型
• 4.3 DCCR 协议设计
• 4.3.1 分簇阶段
• 4.3.2 数据结构及报文设计
• 4.3.3 簇头的选举
• 4.3.4 簇间路由
• 4.3.5 节点间的通信
• 4.4 DCCR 协议的仿真及分析
• 4.4.1 仿真环境
• 4.4.2 数据分组平均传输时延
• 4.4.3 网络节能性
• 4.4.4 能量均衡性
• 4.4.5 簇的大小对协议性能的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 改进的PEGASIS 协议PPEG
• 5.1 问题的提出
• 5.2 PSO 算法机理
• 5.3 改进的PSO 算法
• 5.3.1 交换子和交换序
• 5.3.2 改进的PSO 算法描述
• 5.4 PPEG 协议实现
• 5.4.1 协议网络模型
• 5.4.2 PPEG 算法模型
• 5.4.3 PPEG 协议的设计与实现
• 5.5 仿真结果及分析
• 5.5.1 链路径长度
• 5.5.2 网络生存周期
• 5.6 本章小节
• 第六章 总结与展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文