无线传感器网络分簇节能路由算法研究

论文摘要

无线传感器网络（WSN,Wireless Sensor Network）综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术,是计算机科学技术一个新的研究领域,具有十分广阔的应用前景,引起了学术界、军事界和工业界的高度重视。在无线传感器网络中,为了降低节点能量消耗,提供灵活、可靠的通信功能,提高网络的可扩展性,通常采用网络分层结构。关于无线传感器网络分层结构的研究,主要是解决两个方面的问题:一是网络的分簇方法以及簇内节点如何工作;二是采取什么样的路由方式与基站通信。从这两个方面出发,以LEACH协议为基础,结合国内外已有研究成果,对无线传感器网络分簇路由算法进行了研究和探索,提出了一种基于簇域的分簇节能路由算法（Clustering and Energy-saving Routing Algorithm Based on Cluster Domain,简称ECD算法）。算法从簇域的划分、最佳簇头数目的确定、分簇方法、路由树的建立四个方面进行了研究。考虑到离基站越近的簇头,与基站直接通信的可能性越大,能量消耗速度也越快,划定一块离基站较近的区域,其内的簇头直接与基站通信,不再相互作中继节点,共同承担与基站通信的任务。这样做是为了均衡簇头的能量消耗,延长网络生存时间。无线传感器网络簇的数目会影响全网能量消耗的速度。探讨了在整体能量消耗最小的前提下簇最佳数目的确定。合理的分簇方案有利于簇头收集数据时网络整体能量的节省和均衡消耗。提出了一种分簇方案,选出簇内能量最高的节点作簇头、保证簇头在簇的中央,并使得簇头分布良好。无线传感器网络路由树的建立必须同时考虑簇头的位置和能量,以及在考虑了簇头的位置和能量的前提下如何选择路径。提出了一种路由树的建立方案。仿真表明,算法的网络生存时间长,负载平衡性好,复杂度较低,网络生存时间随基站与监测区域距离的增加而减小的速度较慢。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 平面路由协议
• 1.2.2 层次路由协议
• 1.2.3 路由协议研究面临的挑战
• 1.3 论文主要内容及结构
• 2 无线传感器网络概述
• 2.1 目前开展的研究
• 2.2 无线传感器网络简介
• 2.2.1 无线传感器网络的特点
• 2.2.2 无线传感器网络的节点结构
• 2.2.3 无线传感器网络的网络结构
• 2.2.4 无线传感器网络的体系结构
• 2.3 无线传感器网络性能评价指标
• 2.4 本章小结
• 3 分簇路由算法研究基础
• 3.1 分簇路由算法设计原则
• 3.2 分簇路由算法性能评价指标
• 3.3 本章小结
• 4 基于簇域的分簇节能路由算法
• 4.1 LEACH 协议剖析
• 4.2 网络模型
• 4.3 无线通信模型
• 4.4 ECD 算法详细设计
• 4.4.1 划分簇域阶段
• 4.4.2 簇形成阶段
• 4.4.3 路由树的建立阶段
• 4.4.4 稳定工作阶段
• 4.5 本章小结
• 5 算法仿真与分析
• 5.1 仿真环境布置
• 5.2 仿真结果分析
• 5.3 本章小结
• 6 结束语
• 6.1 内容总结
• 6.2 下一步要完成的工作
• 致谢
• 参考文献