基于模糊逻辑的无线传感器网络路由协议的研究

论文摘要

无线传感器网络是一个大规模无线自组织、多跳、无基础设施支持的网络体系。网络由微型传感器节点组成,节点之间利用无线电通信方式进行通信。由于传感器节点能量的有限性和一次性,所以如何降低能量消耗速度与如何延长网络生存周期是无线传感器网路的设计中重点考虑的问题。LEACH协议即以循环的形式随机确定簇首节点,均分中继通信量,以此来均衡整个网络中节点的能量负载,和一般的聚类协议或者平面多跳路由协议对比,LEACH能显著延长网络的生存周期。可是协议中确定簇头时单纯的随机性,却也可能造成被选作簇头的节点集中在网络某一块区域的不均衡现象。本文在学习LEACH协议的基础之上,提出了一种基于模糊逻辑的簇头生成的无线传感器网络路由协议(CPFL),此协议在选择簇头时,综合考虑了各个节点的密度水平、实时剩余能量和通信流量状况,再将利用模糊逻辑得出的综合值来改变选举簇头的阈值,从而使产生的簇头分布相对均衡。簇间则改用多跳的形式进行通信,进一步降低远距离传输所产生的能耗。在MATLAB平台下对两协议进行了模拟。实验结果证明,改进后的协议CPFL在整个网络的能量消耗和生命周期上,与LEACH协议相比均有一定改善。

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 无线传感器网络的概念
• 1.1.2 无线传感器网络的特性
• 1.2 无线传感器网络系统结构
• 1.2.1 无线传感器网络的系统架构
• 1.2.2 无线传感器网络的参考模型
• 1.2.3 传感器节点的结构
• 1.3 无线传感器网络的应用
• 1.4 无线传感器网络的关键技术
• 1.5 论文研究工作及主要内容
• 第2章 WSN 路由协议
• 2.1 WSN 路由协议的概述及分类
• 2.1.1 以数据为中心的WSN 路由协议
• 2.1.2 集群结构的WSN 路由协议
• 2.1.3 地理位置信息的路由协议
• 2.1.4 基于服务质量（QoS）的路由协议
• 2.2 路由协议比较
• 2.3 路由协议未来发展
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于模糊逻辑的簇头生成路由协议
• 3.1 模糊逻辑理论介绍
• 3.1.1 模糊逻辑的基本概念
• 3.1.2 模糊逻辑运算
• 3.1.3 模糊语言
• 3.2 基于模糊逻辑的 CPFL 协议思想
• 3.2.1 基于模糊逻辑的簇头选择想法的提出背景
• 3.2.2 基于模糊逻辑的簇头概率计算思想
• 3.2.3 输入变量与输出变量的模糊化
• 3.2.4 模糊规则的推理和形成
• 3.2.5 解模糊化
• 3.3 CPFL 协议的详细设计
• 3.3.1 CPFL 协议的簇构建阶段
• 3.3.2 CPFL 协议的簇通信阶段
• 3.4 本章小结
• 第4章 仿真实验与评估
• 4.1 系统模型
• 4.1.1 网络模型及基本假设
• 4.1.2 能量消耗模型
• 4.2 模糊逻辑推理
• 4.3 网络耗能分析
• 4.4 网络生存周期对比
• 4.5 CPFL 与LEACH、CEFL 的比较
• 4.6 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢