基于能量有效性的无线传感器网络路由协议研究

论文摘要

随着传感器技术、低能耗电子技术和射频技术的不断进步,低能耗、廉价的无线微传感器得以大规模应用,相应的无线传感器网络应运而生。无线传感器网络具有组网快捷、灵活的优点,可以应用于军事、灾难预警与救助、空间探测、环境和气象监测、智能交通和智能家居等众多领域。作为一个新的研究领域,无线传感器网络已经引起学术界和工业界的高度重视,被称为是21世纪最有发展前景的技术之一。路由技术是无线传感器网络研究的重点之一。但由于传感器节点通常是布设在比较恶劣的环境中,能量难于补给,因此节能也是无线传感器网络研究中的一个核心和基础问题。本文就是从能量有效性的角度对无线传感器网络路由协议进行研究和设计。本文首先对无线传感器网络做了简要介绍,并对现有的一些典型无线传感器网络路由协议进行了分析和比较。分簇路由和平级路由是无线传感器网络中两种典型的路由方式。分簇路由被普遍认为是最节能的路由方法之一。然而在节点数目不多的无线传感器网络中,它的性能表现不佳。本文着重对无线传感器网络在整个生命周期中分别使用分簇路由和平级路由两种方式时的能量消耗做了详细的理论分析,并提出和设计了一种混合路由方案HRS (Hybrid Routing Scheme)。它结合了分簇路由和平级路由两种路由方式。当网络中的节点很密集时采用分簇路由方式,而当网络变得稀疏时就采用平级路由方式。仿真结果表明,HRS路由方案比现有的HEED协议更具有能量有效性,能够延长网络的生命周期。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络综述
• 1.1.1 无线传感器网络的概念
• 1.1.2 无线传感器网络的体系结构
• 1.1.3 无线传感器网络的特点和挑战
• 1.1.4 无线传感器网络的研究进展
• 1.2 本文研究的目的和意义
• 1.3 本文的研究内容和篇章结构
• 第二章 无线传感器网络路由协议分析
• 2.1 无线传感器网络路由协议概述
• 2.1.1 无线传感器网络与传统网络路由协议的区别
• 2.1.2 无线传感器网络路由协议的设计要求
• 2.1.3 无线传感器网络路由协议的分类
• 2.2 无线传感器网络现有路由协议分析
• 2.2.1 无线传感器网络平面路由协议
• 2.2.2 无线传感器网络分层路由协议
• 2.3 无线传感器网络现有路由协议性能比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 无线传感器网络 HRS 路由方案的提出与设计
• 3.1 WSN 路由协议的能耗模型
• 3.2 一种新的WSN 路由方案HRS 的提出
• 3.2.1 HRS 路由方案提出的背景
• 3.2.2 WSN 中节点到基站的平均跳数分析
• 3.2.3 WSN 中节点最优发射半径研究
• 3.2.4 WSN 中分簇路由和平级路由的节点数目分析
• 3.2.5 HRS 路由方案的提出
• 3.3 WSN 路由方案HRS 的设计
• 3.3.1 HRS 总的设计方案
• 3.3.2 HRS 路由方案中簇头选举算法的选取
• 3.3.3 HRS 路由方案中成簇算法的设计
• 3.3.4 HRS 路由方案中稳定阶段的设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 HRS 路由方案的仿真与分析
• 4.1 OPNET 仿真平台介绍
• 4.1.1 OPNET 的用途
• 4.1.2 OPNET MODELER 的模拟方式
• 4.2 HRS 路由方案仿真设计
• 4.2.1 网络模型设计
• 4.2.2 网络节点模型设计
• 4.2.3 网络进程模型设计
• 4.3 仿真结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果