无线传感器网络路由协议分析与研究

论文摘要

无线传感器网络是一种无需复杂的永久性设施的新型自组织无线网络。近年来随着微电子技术、传感器技术及通信技术的发展,无线传感器网络技术发展迅猛,进展很快,而且在军事与民用方面的一些具体应用也取得了成功。由于其应用广泛,无线传感器网络的发展前景一片光明。与传统网络相比,传感器网络具有以下特点:节点分布极其稠密且数目很大,每个节点维护全局信息是不可能的;节点的能量,存储空间及计算能力等资源非常有限。而且无线传感器网络通常工作在人无法接近或者高危险区域,使得随时更换节点能源是非常困难的,因此在设计无线传感器网络路由协议中,能效成为首要考虑的方面。设计高能效的路由策略以延长网络的生命周期是无线传感器网络中的关键问题。本文对无线传感器网络技术进行了详细的介绍和总结,重点分析了无线传感器网络路由协议的分类、设计目标以及影响因素,并对现有典型的路由协议进行了总结和比较。其中,详细剖析了层次型路由协议LEACH（LowEnergy Adaptive Cluster Hierarchy）,分析了该协议的原理和工作过程。LEACH协议是一种完全分布式的无线传输协议,节点的自适应性好,容错性强,能够适用于大范围的无线传感器网络,但该协议在选取簇头时采用的是随机判定的方法,忽略了节点的剩余能量这一重要指标,使得LEACH协议在延长网络生命周期这一方面存在着较大的局限性。针对上述问题,本文在LEACH协议的基础上提出了一种改进的路由协议LEACH-NEW。LEACH-NEW协议采用分布式和集中式相结合的方式,改进了簇头选定算法。使LEACH-NEW协议在保持LEACH协议原有特性的基础上,在延长网络生存时间、基站接收数据量和保持最优簇头个数等方面具有较高的性能。本文在NS2网络仿真平台上对LEACH协议和LEACH-NEW协议进行了仿真,通过仿真实验结果进行比较分析,证明了新协议LEACH-NEW的优越性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 无线传感器网络的研究现状及研究热点
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 研究热点
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络的概念
• 2.2 无线传感器网络体系结构
• 2.2.1 无线传感器网络结构
• 2.2.2 无线传感器网络协议栈
• 2.3 无线传感器网络特点
• 2.4 无线传感器网络性能评价
• 2.5 无线传感器网络的应用
• 2.6 无线传感器网络的共性技术
• 2.7 本章小结
• 第3章 无线传感器网络路由协议分析
• 3.1 无线传感器网络路由协议的分类
• 3.2 无线传感器网络典型路由协议分析
• 3.2.1 洪泛式路由协议
• 3.2.2 基于数据中心的路由协议
• 3.2.3 层次式路由协议
• 3.2.4 典型路由协议的性能比较
• 3.3 本章小结
• 第4章 无线传感器网络路由协议设计
• 4.1 无线传感器网络路由协议设计的要求与目标
• 4.2 无线传感器网络路由协议设计的影响要素
• 4.2.1 无线传感器网络自身因素的影响
• 4.2.2 其它技术因素的影响
• 4.3 LEACH路由协议详解
• 4.3.1 LEACH协议判断CH（Cluster Head）节点函数
• 4.3.2 LEACH协议最优CH节点个数计算
• 4.3.3 LEACH协议聚类建立过程
• 4.3.4 LEACH协议数据传输过程
• 4.3.5 LEACH协议的优点及不足
• 4.4 LEACH-NEW协议
• 4.4.1 簇头选择的算法
• 4.4.2 LEACH-NEW协议工作过程
• 4.5 LEACH、LEACH-NEW协议特点比较
• 4.6 本章小结
• 第5章 无线传感器网络路由协议的仿真实现
• 5.1 NS2仿真平台介绍
• 5.1.1 NS2简介
• 5.1.2 NS2编程语言
• 5.1.3 NS2原理与仿真的一般过程
• 5.2 仿真环境
• 5.2.1 Cygwin环境
• 5.2.2 实验环境
• 5.3 能量消耗模型的建立
• 5.4 仿真结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢