基于蜂窝网格的无线传感器网络拓扑控制及路由协议研究

论文摘要

无线传感器网络是一种由大量的节点组成的分布式无线自组织网络,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区中各种监测对象的信息,并发送给监测终端。与其他网络相比,无线传感器网络的能量、通信能力计算及储存等能力均十分有限。传统的网络协议不能完全适用于无线传感器网络。因此,引入高效优化的拓扑结构及其相应的路由协议具有重要意义。在此方面的研究中,基于地理位置的GAF算法引起了足够的重视,本文针对已有的GAF算法的区域划分方案,簇首选举机制等方面进行分析之后,总结出算法的优势与缺陷,并且提出了基于蜂窝网格的路由算法HMGAF。HMGAF算法在GAF算法的基础上做出了如下改进：在区域划分上用正六边形代替原来的正方形,增强了网络的连通性和覆盖性；在簇首选举机制中采用节点剩余能量和与单元中心距离作为选举参数,使得簇首选举机制更为合理,提高了网络的负载均衡性；并且提出了与拓扑结构相结合的簇间路由转发策略,使HMGAF算法更加完善。通过NS2下的仿真结果得知,本文设计的HMGAF算法在网络的负载均衡,数据的吞吐量以及端到端延迟等方面和GAF算法相比具有优势。证明了HMGAF算法能够延长网络的生命期,提高路由协议的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 无线传感器网络概述
• 1.1.1 无线传感器网络发展历史
• 1.1.2 无线传感器网络应用领域与国内外研究现状
• 1.2 无线传感器网络的特点
• 1.3 无线传感器网络的关键技术
• 1.4 课题来源及意义
• 1.5 主要贡献及论文组织结构
• 第2章 相关理论知识介绍
• 2.1 无线传感器网络拓扑结构
• 2.1.1 无线传感器网络拓扑结构研究现状
• 2.1.2 无线传感器网络拓扑控制的设计要求
• 2.2 无线传感器网络路由协议
• 2.2.1 路由协议的特点及设计要求
• 2.2.2 常见的路由协议介绍
• 2.2.3 无线传感器网络路由协议设计要求
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于蜂窝网格的HMGAF算法
• 3.1 GAF算法分析研究
• 3.1.1 GAF算法描述
• 3.1.2 GAF算法分析
• 3.2 HMGAF算法思想
• 3.3 虚拟蜂窝网格拓扑结构的设计
• 3.3.1 蜂窝网格的优势
• 3.3.2 虚拟蜂窝网格的划分方案
• 3.3.3 节点所属单元格算法
• 3.4 簇首节点选举算法
• 3.4.1 GAF簇首选举算法的改进
• 3.4.2 簇首选举参数分析
• 3.4.3 簇首节点选举算法策略
• 3.5 簇间路由协议的设计
• 3.5.1 多跳路由的设计思想以及梯度概念的引入
• 3.5.2 各个簇首节点间的路由建立及维护过程
• 3.6 本章小结
• 第4章 仿真测试与分析
• 4.1 NS2仿真平台介绍
• 4.2 仿真场景设置
• 4.3 实验结果分析
• 4.3.1 不同环境下HMGAF算法网络生命周期实验
• 4.3.2 簇首选举算法能耗实验
• 4.3.3 路由协议的可靠性实验
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢