无线传感器网络低能耗路由协议的研究

论文摘要

无线传感器网络作为一种新兴的数据采集方式,它的出现对现代科学技术产生了深远影响。随着无线传感器网络应用领域的不断拓展,人们对它提出了更高的要求。网络层的路由协议直接影响着无线传感器网络系统的工作效能,因此针对无线传感器网络路由协议的研究日渐成为该领域的研究重点。无线传感器网络的特点决定了传统的路由协议无法满足它的要求,其中一个重要的限制因素是无线传感器节点的处理能力和能量十分有限。分簇式路由协议以其层次化结构、能量高效性与数据融合等特点,在降低系统能耗、延长网络生存时间等方面有着明显优势。然而对LEACH协议的分析结果表明,目前的分簇式路由协议在簇首选举算法和与基站通信方式方面存在不足,尚有改进的空间。本文主要对无线传感器网络的分簇式路由进行研究。现有的分簇式路由协议中,簇首选举不考虑节点能量状态,或者需要维护全局节点能量状态,不利于能量的高效使用。针对这个问题,本文提出了一种基于节点自身能量状态的簇首选举算法,将节点的初始能量、剩余能量融入簇首选举机制,并引入控制参数对其进行调整,有效避免了能量低的节点成为簇首。另外,在与基站通信方式方面,本文采用簇首间多跳转发机制降低簇首的能量消耗,并利用按簇首与基站距离远近划分大小不等的簇的方法,进一步均衡了距离基站较近簇首的负载。经过MATLAB仿真,结果表明改进后的协议有效地均衡了网内节点负载,延长了网络生存时间。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及挑战
• 1.2.1 无线传感器网络体系结构
• 1.2.2 无线传感器网络的特点
• 1.2.3 无线传感器网络的应用
• 1.2.4 无线传感器网络研究的挑战
• 1.2.5 无线传感器网络路由协议研究现状及发展趋势
• 1.3 主要研究工作
• 1.4 论文结构
• 第二章 无线传感器网络路由协议概述
• 2.1 无线传感器网络路由协议与传统网络路由协议的区别与特点
• 2.1.1 无线传感器网络路由协议与传统网络路由协议的区别
• 2.1.2 无线传感器网络路由协议的特点
• 2.2 无线传感器网络路由协议的性能衡量指标
• 2.3 无线传感器网络路由协议的分类
• 2.3.1 以数据为中心的路由协议
• 2.3.2 基于网络分层的路由协议
• 2.3.3 基于地理位置的路由协议
• 2.3.4 基于QoS 的路由协议
• 2.4 几个典型路由协议分析
• 2.4.1 SPIN
• 2.4.2 DD
• 2.4.3 LEACH
• 2.4.4 PEGASIS
• 2.4.5 TEEN
• 2.4.6 GEAR
• 2.4.7 SPEED
• 2.4.8 几种典型路由协议性能比较
• 2.5 本章小结
• 第三章 LEACH 协议及其改进的研究
• 3.1 LEACH 协议详述
• 3.1.1 LEACH 协议的网络模型与无线电模型
• 3.1.2 LEACH 协议算法描述
• 3.2 LEACH 协议改进研究
• 3.2.1 LEACH 协议算法的不足
• 3.2.2 LEACH 协议算法的改进策略
• 3.3 本章小结
• 第四章 ILEACH 协议设计
• 4.1 ILEACH 协议的网络模型与无线电模型
• 4.2 ILEACH 协议算法描述
• 4.2.1 簇首的选举
• 4.2.2 簇类的形成
• 4.2.3 簇首路由建立
• 4.2.4 数据传送
• 4.3 ILEACH 能耗分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 ILEACH 协议仿真与分析
• 5.1 仿真参数设置
• 5.2 仿真结果及分析
• 5.2.1 ILEACH 与LEACH 的性能比较
• 5.2.2 参数a 对ILEACH 协议的影响
• 5.2.3 参数c 对ILEACH 协议的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果