基于低功率自适应分簇的无线传感反应网络路由算法研究

论文摘要

无线传感器反应网络既有低成本、易部署、消息量大等特点,又有延时小、反应迅速等特点,它在农业、军事、工业等领域的应用越来越多。而要保证网络能在这些应用中稳定的传送数据、高效的决策、快速的反应离不开一个可靠高效的路由算法。无线传感器反应网络的路由算法是当前WSAN网络研究的热点。本论文主要研究了基于分簇的EACBR协议,并对其进行了改进。WSAN的网络路由协议EACBR算法的主要特点是形成以Actor节点为簇头的一个个独立的子网络：在建立网络的时候,簇头Actor节点会形成一个本子网络内所有节点到簇头节点的最短路径的路由表,Actor节点以广播形式通知各个Sensor节点此路由消息；在子网络内部,当有数据包要传送时根据广播来的路由信息,选择最短路径将数据包传送到Actor,由Actor根据收到的数据进行分析后决策是否对事件进行反应。论文在介绍WSAN路由算法EACBR的分簇算法基础上,针对经典路由算法LEACH进行了仿真,对簇头的成簇概率p,从数据传输消耗的总能量的角度进行了推导验证。在LEACH的分簇中,考虑到选举出的簇头位置是随机的不均匀的,这会导致簇头与节点间过多不必要的通信能耗。论文基于节点的覆盖面积,对簇头间的距离进行了限制,提出了具体的限制簇头距离的算法,并通过仿真验证。得出了在最佳成簇概率p下的簇间距。在EACBR协议中,形成子网络后的数据是采用以剩余能量为权值的最短路径进行传送。论文分析和对比了EACBR协议中的簇内多跳最短路径的数据传送模式和LEACH中的簇内单跳的数据传送模式,并给出了仿真分析。考虑到网络的分层特性,论文分析和对比了EACBR协议中的二层的WSAN网络模型和三层网络模型的能耗。仿真表明,三层网络结构相比于二层网络结构在能量消耗上略大,但是在稳定性方面表现良好。论文最后结合分簇过程中形成簇头的概率推导、选举出的簇头之间的距离和子网络内的最短路径算法传送数据这三个方面对EACBR协议的分簇过程进行了改进。并且结合三层网络模型,将EACBR协议的二层网络模型改进为三层的网络模型。论文的仿真结果表明,对EACBR协议的分簇过程和网络结构进行改进后,WSAN的节点的存活数得到了提高,网络的总的消耗能量也得到了减少。达到了论文研究的预期目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 WSAN和WSN的路由研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的研究内容与组织结构
• 第二章 无线传感器反应网络及其路由协议
• 2.1 WSN网络概述
• 2.2 WSAN网络概述
• 2.3 WSAN与WSN的特点比较
• 2.4 无线传感器网络的路由协议分类
• 2.5 WSN的路由协议在WSAN中的可应用性分析
• 2.6 典型路由协议性能比较
• 2.7 本章小节
• 第三章 EACBR协议分析与分簇过程改进
• 3.1 EACBR通信模型与协议分析
• 3.1.1 通信模型
• 3.1.2 协议分析
• 3.2 EACBR协议中分簇过程分析
• 3.3 传统的LEACH协议分簇过程分析与仿真
• 3.3.1 传统的LEACH协议分簇过程分析
• 3.3.2 LEACH仿真
• 3.4 簇内数据传输分析仿真
• 3.4.1 数据传送模型分析
• 3.4.2 数据传送两种模型对比仿真
• 3.5 分簇协议的最优簇头数计算
• 3.5.1 问题提出及簇头数的公式推导
• 3.5.2 仿真及验证分析
• 3.6 基于覆盖率的簇头之间的距离分析比较
• 3.6.1 覆盖率和簇头间距问题的提出
• 3.6.2 分析及推导合理簇间距
• 3.6.3 限制簇间距的算法
• 3.6.4 仿真及验证分析
• 3.7 WSAN中两层网络模型和三层网络模型对比
• 3.7.1 问题的提出
• 3.7.2 仿真及结果分析
• 3.8 本章小节
• 第四章 基于分簇和能量的改进的EACBR协议
• 4.1 问题的提出
• 4.2 改进算法与理论分析
• 4.2.1 三层网络模型的建立
• 4.2.2 Actor与簇头优化仿真
• 4.2.3 改进后算法流程
• 4.3 仿真结果与性能分析
• 4.3.1 算法仿真
• 4.3.2 结果分析
• 4.4 本章小节
• 第五章 结论与展望
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 论文中存在的问题和未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果