无线传感器网络中高能效路由协议的研究

论文摘要

无线传感器网络是一种新型的无基础设施无线网络,它集成了传感器、嵌入式计算、分布式信息处理和无线通信技术,能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理。无线传感器网络是通信和计算机科学的一个新的研究领域,具有十分广阔的应用前景,对网络通信的研究提出了许多新的挑战。本文研究的主要内容是无线传感器网络路由协议的设计。传统的Ad-hoc等无线网络中,网络协议设计的首要目标是提供高服务质量和公平高效的利用网络带宽,而无线传感器网络中由于传感器节点的电源能量、通信能力和计算能力都十分有限,因此路由协议设计的首要目标是提高节点的能源有效性和网络的生命周期,同时,传感器网络节点数量大、分布广,每个节点只能获取局部拓扑信息,因此,路由协议必须能在局部网络拓扑信息的基础上选择出从源节点到达目的节点的路径。针对无线传感器网络的特点,本文以提高传感器节点的能源有效性和网络可扩展性为目的,提出了一种基于地理位置信息的异构分层结构无线传感器网络路由协议—GBHHR（Geographical-based Heterogeneous Hierarchy Routing）。本文首先介绍了无线传感器网络的基本结构,传感器网络的特点以及典型的传感器网络路由协议,然后对GBHHR协议的设计进行了详细介绍。GBHHR协议将网络覆盖区域划分成虚拟网格,选择虚拟网格中的异构节点作为簇头,传感节点作为簇内节点成簇。传感节点采集的数据首先传送到其所在簇的簇头,再通过簇头之间的通信进行簇间中继,到达汇聚节点（即Sink节点）。分层的结构有利于网络的扩展;同时,感知节点发送到簇头的数据会进行融合,以减少传输数据的量,提高节点的能源利用率。而采用异构节点则避免了传统分层结构中簇头选举的复杂算法,并且数据通过新设计的HFR算法进行路由,进一步节省能量。最后,本文通过仿真验证了算法的有效性,并对仿真结果进行了详细的分析与说明。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的研究背景与意义
• 1.2 本文的主要工作
• 1.3 本文的主要创新点
• 1.4 论文结构
• 第2章 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络的架构和节点组成
• 2.2 无线传感器网络的主要特点和不同属性
• 2.2.1 无线传感器网络的主要特点
• 2.2.2 无线传感器网络的属性分类
• 2.2.3 无线传感器网络研究的主要性能指标
• 2.3 无线传感器网络研究的热点
• 2.3.1 无线传感器网络研究的主要现状
• 2.3.2 无线传感器网络研究的主要热点问题
• 2.4 相关研究领域
• 2.4.1 无线个域网·Zigbee
• 2.4.2 Ad Hoc网络
• 2.4.3 普适计算
• 2.5 本章小结
• 第3章 现有无线传感器网络路由协议的分析与研究
• 3.1 现有的无线传感器网络路由协议的分类
• 3.2 几种典型路由协议的介绍与分析
• 3.2.1 平面路由协议
• 3.2.2 层次化路由协议
• 3.2.3 基于位置信息的路由协议
• 3.2.4 典型路由协议的比较
• 3.3 本章小结
• 第4章 GBHHR协议设计
• 4.1 GBHHR协议概述
• 4.1.1 GBHHR协议设计的假设条件
• 4.1.2 GBHHR协议的传感器网络构架
• 4.2 GBHHR协议的工作流程
• 4.2.1 启动阶段
• 4.2.2 运行阶段
• 4.2.3 更新阶段
• 4.3 GBHHR协议相关问题的讨论
• 4.4 本章小结
• 第5章 GBHHR协议仿真与性能分析
• 5.1 NS2仿真软件简介
• 5.2 GBHHR协议的仿真实现
• 5.3 方针场景设定与数据分析
• 5.3.1 数据发生模型
• 5.3.2 评价协议性能的依据
• 5.3.3 仿真数据分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 1 本文主要工作
• 2 下一步研究工作
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历