无线传感器网络中聚类通信协议研究

论文摘要

无线传感器网络通常用于人类无法或因某种原因不能进入的区域内检测周围环境的各种变量，它的应用范围越来越广泛，其研究已成为无线网络领域的重要课题。无线传感器网络有其自身的特点：节点能量有限，节能性要求高；以数据为中心，需要在本地进行信息融合。因此，针对无线传感器网络的特点和用途，开发专用的通信协议已成为当前无线传感器网络领域内亟待研究的课题。本文主要介绍了两种新的聚类通信协议：一种是负载平衡的主动选择式聚类通信协议LPSC，另一种是能耗均衡的自组织多跳聚类通信协议SLMC。LPSC是针对小规模无线传感器网络提出的，它针对LEACH协议负载不均衡、节点早死以及网络生存期短的缺点进行改进，该协议采用主动选择式聚类，定义了边界节点并且规定这些节点可以选择簇加入，均衡簇间节点，使得节点间能耗更加均匀，延长了整个网络的寿命。SLMC协议是针对大型无线传感器网络提出的，它在以下四个方面取得了改进：①在竞选簇首过程中，采用自适应簇首选择，使得剩余能量越多、连续未担任簇首时间越长的节点成为本轮簇首的可能性越大，从而使节点间的能耗更加均匀；②分散了广播时间，大大减小了小区域内出现多个簇首的可能性，使得簇首真正意义上实现均匀分布；③SLMC不需要Sink节点协助，完全由传感器节点自组织成一个以Sink为根的多跳网络，均衡了节点负载，解决了外围节点早死的问题；④不要求所有节点都能与Sink直接通信，应用范围更加广泛，可适应大型规模的网络。本文对目前比较的流行的路由协议进行了分析，提出了两种新的聚类通信协议，并进行了仿真实验，仿真结果表明，LPSC和SLMC在减少节点能耗、延长网络生存期、减小外围节点早死方面具有良好的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 背景介绍
• 1.2 本文的工作
• 1.3 本文的组织与创新
• 第2章 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络的发展
• 2.2 无线传感器网络基本结构
• 2.3 无线传感器网络的特点
• 2.4 无线传感器网络的性能评价标准
• 2.5 无线传感器网络的关键技术
• 2.5.1 网络拓扑技术
• 2.5.2 路由控制技术
• 2.5.3 时钟同步
• 2.5.4 节点定位
• 2.6 无线传感器网络的应用
• 2.7 本章小结
• 第3章 无线传感器网络中路由协议的研究
• 3.1 无线传感器网络中路由协议的特点
• 3.2 无线传感器网络路由协议的设计要求
• 3.3 路由协议分类
• 3.4 平面路由协议
• 3.4.1 泛洪路由
• 3.4.2 SPIN
• 3.4.3 SAR
• 3.4.4 定向扩散
• 3.5 聚类路由协议
• 3.5.1 LEACH
• 3.5.2 TEEN
• 3.5.3 PEGAGIS
• 3.5.4 多层聚类算法
• 3.6 本章小结
• 第4章 LEACH族通信协议研究
• 4.1 研究前提
• 4.2 一阶通信模式
• 4.3 LEACH协议介绍
• 4.3.1 聚类形成阶段
• 4.3.2 数据传输阶段
• 4.4 LEACH协议分析
• 4.4.1 聚类首领选举分析
• 4.4.2 LEACH优点与缺陷
• 4.5 本章小结
• 第5章 负载平衡的主动选择式聚类通信协议
• 5.1 LEACH的细化分析
• 5.2 LPSC的理论基础
• 5.3 LPSC通信协议
• 5.4 LPSC性能分析
• 5.5 仿真实验
• 5.5.1 仿真工具—OMNET简介
• 5.5.2 OMNET++的安装
• 5.5.3 仿真框架
• 5.5.4 OMNET仿真模块定义
• 5.5.5 实验结果
• 5.6 本章小结
• 第6章 能耗均衡的自组织多跳聚类通信协议
• 6.1 SLMC简介
• 6.2 SLMC协议描述
• 6.3 协议分析
• 6.3.1 簇覆盖问题
• 6.3.2 算法分析
• 6.4 仿真实验
• 6.5 本章小结
• 第7章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文目录
• 学位论文评阅及答辩情况表