无线传感器网络路由协议优化研究

论文摘要

无线传感器网络因其低廉的价格、便利的部署方式,正得到越来越广泛的研究和应用。无线传感器网络最大的缺点是节点能量受限,同时存储空间及计算能力等资源也非常有限。在有限的硬件条件下,大规模数据采集易使网络产生拥塞现象,并造成节点能耗大幅度增加,严重时会造成网络的瘫痪。以上问题使得在无线传感器网络中数据传输的可靠性受到很大限制。本文以无线传感器网络路由协议为研究对象,综合考虑传感器节点能耗、通信可靠性,对路由协议进行优化和改进,以提高网络的有效工作时间。本文主要研究工作如下:1、在对比分析现有无线传感器网络路由协议和算法的基础上,结合网络的特征,归纳出无线传感器网络路由协议的特点以及设计要求。2、在研究AODV路由协议和改进算法的基础上,提出适用于无线传感器网络的AODV改进算法ER-AODV。该算法采用限制泛洪改进机制,解决了AODV路由协议报文的广播风暴问题,节约节点的能量消耗。同时在路由过程中将链路质量、剩余能量及节点拥塞等多种因素作为确定路由的指标,为数据传输提供高效路由策略,提高了网络的生命期和数据传输的可靠性。3、研究和分析了无线传感器网络分层型路由协议LEACH,对LEACH协议中的簇头选举算法进行改进,同时引入蚁群算法,建立簇头间多跳路由,从而平衡传感器节点的能耗,延长网络的寿命。4、对ZigBee网络中星型结构、网状结构和簇树结构三种拓扑结构进行研究,并对相应的路由算法提出改进方案。在Network simulator（NS2）仿真环境下对上述改进算法的性能进行研究分析,仿真结果表明,改进算法均衡了整个网络节点的能量,有效地延长了系统生命周期。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 无线传感器网络概述
• 1.2.1 无线传感器网络的发展进程与研究现状
• 1.2.2 无线传感器网络关键技术
• 1.2.3 无线传感器网络研究的难点
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第二章 无线传感器网络路由协议分析与研究
• 2.1 无线传感器网络路由协议概述
• 2.2 典型无线传感器路由协议分析
• 2.2.1 路由协议介绍
• 2.2.2 路由协议分析与评价
• 2.2.3 路由协议比较
• 2.3 无线传感器网络路由协议的特点和设计要求
• 2.4 本章小结
• 第三章 AODV 路由协议改进算法的研究
• 3.1 AODV 协议研究分析
• 3.1.1 AODV 路由协议简介
• 3.1.2 AODV 路由协议现有改进算法的研究
• 3.2 ER-AODV 路由算法基本思路
• 3.3 ER-AODV 路由算法实现
• 3.3.1 相关名词解释
• 3.3.2 ER-AODV 算法初始阶段
• 3.3.3 ER-AODV 算法路由建立阶段
• 3.3.4 ER-AODV 算法路由维护阶段
• 3.4 仿真实验与结果分析
• 3.4.1 仿真平台介绍
• 3.4.2 仿真参数设置
• 3.4.3 实验结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 LEACH 路由协议改进算法的研究
• 4.1 LEACH 协议研究分析
• 4.1.1 LEACH 协议介绍
• 4.1.2 LEACH 协议的优缺点
• 4.1.3 LEACH 协议现有改进算法的研究
• 4.2 蚁群算法的简介
• 4.3 LEACH 路由协议改进算法基本思路
• 4.4 ACA-LEACH 路由算法实现
• 4.4.1 相关名词解释
• 4.4.2 簇头选取和簇构成阶段
• 4.4.3 簇间多跳路径生成阶段
• 4.4.4 路由维护阶段
• 4.5 仿真实验与结果分析
• 4.5.1 仿真参数设置
• 4.5.2 实验结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 ZigBee 无线传感器网络路由协议研究
• 5.1 ZigBee 通信技术介绍
• 5.2 ZigBee 路由算法研究
• 5.2.1 ZigBee 网络拓扑结构
• 5.2.2 ZigBee 网络路由算法改进分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文