论文摘要
近年来,随着传感器技术、通信技术及微电子技术的发展,出现了一种新兴的网络系统——无线传感器网络,该系统综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术,能够协作地完成实时监测、传感和采集目标对象的信息,并对其进行处理,传送给需要信息的用户。无线传感器网络一般是由部署在监测区域内的大量传感器节点组成,这些传感器节点通常由容量有限的电池供电,且被部署在无人值守的环境下而不能持续充电,同时需要与距离较远的基站进行频繁通信,因此能量的有效利用是无线传感器网络需要解决的关键问题。无线传感器网络作为当今信息领域新的研究热点,由于其涉及许多学科交叉的研究领域,因此有非常多的关键技术有待发现和研究,定位技术和网络协议中的路由技术便是其中的两种关键技术。本文的研究重点便为这两种关键技术。针对定位技术,本文首先介绍了定位的基本方法,重点对无需测距自定位算法中的Dv-Hop算法进行了研究与改进,提出了一种改进的节点自定位算法——DV-HopBLA,给出了算法的基本原理和实现方法。运用NS-2进行仿真,结果表明与原算法相比,DV-HopBLA在不需要额外增加节点能耗和硬件开销的基础上提高了定位精度,显著改善了定位性能。针对路由技术,本文首先介绍了无线传感器网络路由协议的特点和设计目标,然后针对几种典型的路由协议进行了分析和比较。通过分析这些典型的路由协议的特点,本文选取定向扩散协议为研究对象,在分析和理解定向扩散技术的整个过程的基础之上,针对能量消耗方面,对泛洪、组播和定向扩散这三种方案进行了理论分析和比较,说明在能消耗方面,定向扩散协议要比泛洪和组播具有优势,从而会增加整个网络的生存时间。然后,利用NS-2仿真工具,仿真实现三种算法。通过分析仿真数据,验证定向扩散的确是一种较为理想的无线传感器网络路由协议。但是,定向扩散协议在兴趣扩散和探测数据传输的过程中,使得大量不必要的冗余节点参加了信息的转发,这将大大的增加了节点的能量消耗。针对这一缺陷基础之上,本文提出了改进算法——DDBD-OH。DDBD-OH的设计引入了最优跳数的概念。理论分析得出适当的减少参与转发信息的邻居节点的个数有利于节省节点的平均能耗。本文选用平均能耗和第一个失效节点的发生时间作为性能参数,运用NS-2对改进前后两种算法性能进行比较。仿真结果表明,DDBD-OH节省了网络能量,延长了节点的工作寿命。