无线传感器网络分簇路由协议研究

论文摘要

如何提高能量利用效率和均衡节点能耗以延长网络的生存时间是设计无线传感器网络时首要考虑的的关键问题之一。在相关研究的基础上,本文着重研究分簇算法和路由选择两种关键技术,以保证网络中能量的高效利用。针对分簇算法中簇头节点能耗不均衡的问题,提出了一种应用相对变换的无线传感器网络分簇算法。首先设计相对变换模型,用以提高参数集合的可区分性。在成簇阶段,节点将簇头剩余能量、簇头与节点和簇头与基站的传输能耗等参数利用本文模型进行相对变换,再利用变换后的参数计算簇头适宜度作为成员节点的入簇依据,并通过簇头的反馈信息控制簇的规模,形成优化的簇结构,使得网络节点负载更均衡。通过仿真实验验证了算法的有效性。为节省节点在数据传输过程中的能量,均衡节点间的能耗,提出一种基于非均匀簇的混合多跳路由协议。先根据簇头与基站的距离调整簇规模的大小,在数据传输过程中,源簇头节点通过转发权值函数选择中继节点,转发权值由距离因子和惩罚因子共同决定,距离因子综合考虑了源簇头节点的当前剩余能量、单跳距离和下一跳节点的剩余能量,用以降低链路通信代价,惩罚因子可以降低剩余能量较少的簇头节点成为中继节点的概率,用以均衡节点能耗。通过选择转发权值较小的中继节点可以达到均衡节点负载和提高能量利用率的目的。通过仿真实验验证了算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 WSN中分簇算法和路由问题的研究与分析
• 2.1 WSN体系结构和能耗问题
• 2.1.1 传感器结构和能耗特点
• 2.1.2 WSN体系结构和能耗特点
• 2.1.3 能耗特点对设计网络协议的需求
• 2.2 无线传感器网络分簇算法分析
• 2.2.1 分簇网络的特点与优势
• 2.2.2 经典分簇算法的分析和比较
• 2.2.3 分簇算法的设计需求和难点探讨
• 2.3 无线传感器网络路由协议分析
• 2.3.1 路由协议的特点
• 2.3.2 经典路由协议的分析和比较
• 2.3.3 路由协议的设计需求和难点探讨
• 2.4 WSN分簇算法和路由协议的设计思路
• 2.5 本章小结
• 第三章 一种应用相对变换的WSN分簇算法（RTCH）
• 3.1 RTCH的模型设计
• 3.1.1 网络模型与假设
• 3.1.2 能量模型的推导计算
• 3.2 RTCH分簇算法实现方案
• 3.2.1 相对变换模型的建立
• 3.2.2 RTCH中最优簇头数目的确定
• 3.2.3 相对变换模型下的动态成簇过程
• 3.2.4 RTCH分簇算法的执行过程
• 3.3 RTCH算法仿真与结果分析
• 3.3.1 NS2网络模拟器
• 3.3.2 仿真参数和评价标准
• 3.3.3 仿真结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于非均匀簇的混合多跳路由协议（MRUC）
• 4.1 分簇路由问题描述
• 4.1.1 能耗均衡问题
• 4.1.2 路由设计目标
• 4.2 MRUC路由方案设计
• 4.2.1 CM-CH层簇规模的动态调整
• 4.2.2 CH-BS层中继节点的确定
• 4.3 MRUC路由算法实现
• 4.3.1 CM-CH层非均匀簇的形成
• 4.3.2 CH-BS混合多跳路由选择
• 4.3.3 MRUC算法分析
• 4.4 算法仿真与结果分析
• 4.4.1 仿真参数和评价标准
• 4.4.2 仿真结果及分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的主要研究成果