无线传感器网络分层路由协议的研究

论文摘要

传感器技术、微机电系统、现代网络和无线通信等技术的进步,推动了具有现代意义的无线传感器网络的产生和发展。无线传感器网络通常由大量密集的传感器节点构成,节点的能源、计算能力以及带宽的有限性,使得传统的无线路由协议不适合无线传感器网络。从而设计能够有效节约能源,延长网络生命周期的路由协议成为无线传感器网络研究的一个重点。本文从无线传感器网络的基本概念入手,分析和比较了现有的几种具有代表性的无线传感器网络路由协议,并重点对分层路由协议LEACH进行了探讨。借鉴国内外研究人员在网络协议设计方面的优秀思想,针对LEACH协议存在的不足,在簇首选择、簇类形成以及簇间通信方式上对其进行了综合改进,并把改进后的路由协议称为CBEEHRP。(1)在簇首节点的选择上,采用LEACH的随机簇首选择和基于权值的簇首选择相结合的方式,综合考虑节点的剩余能量、邻居节点数和该节点之前已担当过簇首的次数来设定权值。(2)在成簇过程中,普通节点根据各簇首节点的广播报文信号强度和剩余能量信息,尽可能选择距离近且剩余能量高的簇首节点并申请加入该簇;另外,成簇中贯穿有网络中存活节点的统计过程,据此决定是否需要转换簇首选择策略。(3)在簇间通信方式上,每个簇首节点根据自身到基站的距离,选择单跳与多跳相结合的模式将融合后的数据传送至基站。(4)协议中试探性地采用了与节点间距离有关的数据相关模型,并结合该模型对随机簇首选择算法中用到的最优簇首数进行了详细的理论分析和推导。经过NS2仿真平台的测试,与LEACH相比,CBEEHRP协议的网络生命周期、节点平均能量消耗以及基站接收的数据量等性能指标均得到有效改善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究目的和意义
• 1.4 本文的研究工作和组织结构
• 第二章 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络体系结构
• 2.2 无线传感器网络的特点
• 2.3 无线传感器网络的应用
• 2.4 无线传感器网络的研究进展
• 2.5 无线传感器网络的关键技术
• 第三章 现有无线传感器网络路由协议的研究
• 3.1 无线传感器网络路由协议的特点
• 3.2 无线传感器网络路由协议的分类
• 3.3 现有无线传感器网络路由协议分析
• 3.3.1 平面路由协议
• 3.3.2 分层路由协议
• 3.3.3 基于位置信息的路由协议
• 3.4 各路由协议性能比较
• 3.5 分层路由协议的优势
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于簇的高能效分层路由协议—CBEEHRP
• 4.1 CBEEHRP协议的设计思路
• 4.2 CBEEHRP协议的网络模型
• 4.2.1 网络假设
• 4.2.2 无线能量模型
• 4.2.3 数据相关模型
• 4.3 CBEEHRP协议中各类报文的设计与实现
• 4.4 CBEEHRP协议实现细节
• 4.4.1 簇的建立阶段
• 4.4.2 稳定阶段
• 4.5 最优簇首数的计算
• 4.6 动态确定最优簇首数的过程
• 4.7 本章小结
• 第五章 CBEEHRP协议的仿真分析
• 5.1 仿真工具NS2简介
• 5.1.1 NS原理概述
• 5.1.2 NS各组成部分
• 5.1.3 使用NS进行网络模拟的方法和一般过程
• 5.2 仿真场景设置
• 5.3 仿真结果分析
• 5.3.1 最优簇首数与网络能耗的关系
• 5.3.2 网络生命周期
• 5.3.3 节点的平均能量消耗
• 5.3.4 基站接收到的数据包总量
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士期间的主要研究成果