基于簇融合的无线传感器网络协议研究

论文摘要

无线传感器网络是一门新兴技术,是传感器技术、计算机网络技术、微机电技术系统发展的产物。无线传感器网络各方面研究进展迅速,但是能量问题仍然是无线传感器网络研究的瓶颈。由于无线传感器网络节点能量十分有限,如何高效使用能量来最大化网络生命周期是传感器网络面临的首要挑战。设计能够延长整个网络生存期的路由协议成为了传感器网络研究的重要目标。本文简要分析了无线传感器网络的协议栈模型,无线传感器网络路由协议的设计目标和现有的几种典型的无线传感器网络的路由协议。然后,重点从软件节能角度对无线传感器网络路由协议进行了研究。为了解决低功率自适应成簇算法(LEACH)的缺陷和不足,提出了一种基于簇融合的无线传感器网络路由协议。这种改进型协议充分利用汇聚节点的高性能,使得整个网络中的分簇数目处于最优状态,并且通过簇的融合来保持这种最优状态。簇头之间可以进行多跳通信,避免了簇头节点直接向汇聚节点发送数据能量消耗高的问题。最后,基于MATLAB对LEACH协议和改进型协议进行了仿真实验;在TinyOS操作系统上用nesC语言实现了基于簇的改进型协议并进行了功能测试。对比分析仿真结果发现,改进型协议在能量消耗,节点死亡率和网络生存期方面有较好表现。测试结果表明基于簇融合的改进型协议的nesC实现满足设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.2 无线传感器网络协议的研究现状
• 1.3 本文的主要内容及论文安排
• 第二章 无线传感器网络协议概述
• 2.1 无线传感器网络的协议栈模型
• 2.2 无线传感器网络协议的设计目标和技术挑战
• 2.3 几种典型的无线传感器网络路由协议
• 2.4 LEACH 协议的研究
• 2.4.1 LEACH 协议的具体过程
• 2.4.2 LEACH 协议存在的问题
• 第三章 基于簇融合的改进型路由协议
• 3.1 基于簇融合的改进型协议概述
• 3.2 基于簇融合的改进型协议的具体描述
• 3.2.1 节点位置信息获取
• 3.2.2 计算最优簇头数量并生成节点链
• 3.2.3 簇头选择
• 3.2.4 节点退出及簇融合
• 3.2.5 丢失节点查找
• 3.2.6 簇间多跳通信
• 3.3 仿真实验
• 3.3.1 仿真模型和参数设定
• 3.3.2 仿真流程
• 3.3.3 仿真结果分析
• 第四章 基于簇融合的改进型协议实现
• 4.1 TinyOS 操作系统
• 4.2 nesC 语言
• 4.3 改进型协议的数据结构设计
• 4.4 改进型协议的模块和接口设计
• 4.5 改进型协议实现的测试
• 4.5.1 硬件平台与编译环境
• 4.5.2 测试环境与测试结果
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间研究成果