基于能量均衡的无线传感器网络多径路由研究

论文摘要

微机电系统,计算机,通信和人工智能技术的飞速发展及日益成熟,使得无线传感器网络成为当前研究的一个热点。由于传感器节点自身能量非常有限,在实际应用环境中,一个很重要的问题就是如何降低节点的能耗从而延长网络的生命期。路由协议的设计对提高无线传感器网络的整体性能具有举足轻重的意义,如何合理地设计路由协议从而节省传感器节点的能量,并最终延长网络的生命期是本文的研究重点。本文对无线传感器网络节点的能耗进行分析,对适用于无线传感器网络的路由策略和典型路由协议进行研究,特别是对其节能性进行分析研究。针对无线传感器网络集中式数据收集,多跳传输模型和“多对一”通信的特征会造成“能量空洞”,本文设计了一种能在节点间均衡能量的多路径路由协议。该协议综合考虑了网络负载平衡、节点剩余能量、多跳、最短路径等因素,基于层次网络模型,依据路径关键能量构建了能量平衡网络,按照关键能量比率在节点间实现能量的负载平衡。此外,本文还提出了适用于该算法的局部修复机制,能最大限度地增强网络的可生存性。本文详细描述了所提出路由协议的实现过程,并且利用网络仿真工具NS2对该协议的性能进行评估,结果表明所设计的协议可延长网络生命期,具有良好的整体性能和一定的实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络概述
• 1.1.1 无线传感器网络的基本概念
• 1.1.2 无线传感器网络的特点
• 1.1.3 无线传感器网络的应用领域
• 1.2 本课题的研究背景及现状
• 1.2.1 无线传感器网络节点结构
• 1.2.2 无线传感器网络协议栈
• 1.2.3 无线传感器网络节点能耗分析
• 1.2.4 本课题的研究现状
• 1.3 本课题的研究目的
• 1.4 本文的主要工作
• 1.5 本文的组织结构
• 第二章 无线传感器网络路由层协议概述
• 2.1 WSN 与已有网络路由技术的比较
• 2.1.1 与Internet 路由技术的比较
• 2.1.2 与Ad hoc 路由技术的比较
• 2.2 无线传感器网络路由协议的特点
• 2.3 无线传感器网络路由协议设计要求与关键技术
• 2.4 无线传感器网络路由协议最新研究成果
• 2.5 本章小结
• 第三章 无线传感器网络路由协议比较研究及节能分析
• 3.1 无线传感器网络路由协议性能衡量指标
• 3.2 路由策略表现形式及比较
• 3.2.1 以地址为中心VS 以数据为中心
• 3.2.2 固定选路VS 概率选路
• 3.2.3 单条路径VS 多条路径
• 3.2.4 主动路由VS 被动路由
• 3.3 无线传感器网络路由协议分类
• 3.4 几种典型路由协议的分析
• 3.4.1 SPIN 和DD 路由算法
• 3.4.2 LEACH 和TEEN 路由算法
• 3.4.3 GEAR 路由算法
• 3.4.4 SAR 路由协议
• 3.5 对典型协议的比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于关键能量比率权重随机的多径路由协议
• 4.1 能量空洞问题（ENERGY HOLE PROBLEM）
• 4.2 能量空洞问题的解决策略和比较
• 4.2.1 基于基站配置的策略
• 4.2.2 基于数据融合的策略
• 4.2.3 基于部署知识的非均匀分布策略
• 4.2.4 基于多路径负载均衡策略
• 4.3 CER-WR 路由协议设计
• 4.3.1 基本假设
• 4.3.2 无线传播及能量模型
• 4.3.3 网络生命期和多路径分层网络模型
• 4.3.4 CER-WR 路由机制
• 4.4 本章小结
• 第五章 协议性能分析与仿真
• 5.1 仿真工具NS2 介绍
• 5.2 仿真实验基础
• 5.3 仿真环境搭建
• 5.4 实验结果与分析
• 5.4.1 固定节点个数改变采样周期
• 5.4.2 改变节点个数固定采样周期
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结与结论
• 6.2 未来研究工作与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文