大规模无线传感器网络分簇路由协议设计与仿真

论文摘要

无线传感器网络由大量集成有传感器、数据处理单元和无线通信模块的微小节点组成,通过自组织方式构成网络。与传统的无线网络不同,无线传感器网络中的节点体积小,能量、带宽、内存等资源有限,电池能量通常无法得到补充,节省能耗延长网络生存期就成为无线传感器网络设计的关键。节点上的通信协议应能够有效地利用节点有限的能量,以延长网络的生命周期。在目前的研究中,分簇算法被认为是进行大规模无线传感器网络高效能量管理,延长网络生存期的最有效的途径之一。本文从分簇算法的角度进行探讨,在总结目前提出的一些分簇算法优缺点的基础上,针对成簇过程中的簇头选举和调度开销,基站附近节点的热点问题,提出了一种改进的大规模无线传感器网络分簇路由协议—基于位置信息的无线传感器网络分簇路由协议。该协议运行在能量感知的多径路由协议基础上,采用动态自适应成簇算法,在组簇期间根据能量感知多径路由协议选择的路径,路径上的节点自动成簇,并完成簇间通信,保证了网络的连通性和负载均衡;假定通过定位方法或节点布置已知节点的位置信息,根据节点位置信息进行全局调度,减少无线信道碰撞和消息重传,并区分反向路由节点,实现了簇内和簇间的能量高效的数据收集及通信,并且明显提高了基站附近节点(即热点)的生存期,从而提高了全网的生命周期。适用于周期性上传和查询目标区域数据的应用中(环境监测等)。最后,使用Truetime工具箱进行协议仿真,实验结果表明,与LEACH和EEUC相比,基于位置信息的分簇路由协议中节点具有最小的网络开销和能量消耗,延长了网络生命周期。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 本论文的研究内容和结构安排
• 第二章 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络概念和体系结构
• 2.1.1 无线传感器网络定义
• 2.1.2 无线传感器网络体系结构
• 2.2 无线传感器网络协议栈
• 2.2.1 无线传感器网络协议栈组成
• 2.2.2 无线传感器网络协议栈介绍
• 2.3 无线传感器网络应用
• 2.4 本章小结
• 第三章 无线传感器网络分簇路由协议综述
• 3.1 无线传感器网络分簇算法介绍
• 3.2 现有分簇算法中的重要概念
• 3.3 现有的分簇算法总结
• 3.3.1 全局策略分簇算法
• 3.3.2 局部策略分簇算法
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于位置信息的无线传感器网络分簇路由协议（Location-aided Cluster Routing Protoeol for WSN） LACR
• 4.1 问题的提出
• 4.2 网络模型和能量模型
• 4.2.1 网络模型
• 4.2.2 能量模型
• 4.3 LACR算法基本思路
• 4.4 LACR算法实现
• 4.4.1 算法表述中的函数和变量定义
• 4.4.2 能量感知的多径路由算法
• 4.4.3 簇形成算法的相关定义
• 4.4.4 簇的形成过程
• 4.4.5 节点的位置信息和全局调度
• 4.4.6 稳定数据传输的实现
• 4.5 本章小结
• 第五章 仿真及实验结果分析
• 5.1 仿真工具介绍
• 5.2 Matlab Simulink动态仿真工具及 Truetime工具箱
• 5.2.1 Simulink动态仿真工具箱
• 5.2.2 Truetime工具箱
• 5.3 基于 Simulink/Truetime工具箱的无线传感器网络路由协议仿真
• 5.3.1 网络仿真模型
• 5.3.2 节点模型
• 5.3.3 无线网络模型（Truetime wireless Network）
• 5.3.4 Truetime中的主要内核命令
• 5.3.5 仿真器的使用和仿真运行
• 5.4 LACR分簇算法仿真
• 5.4.1 仿真环境设置
• 5.4.2 LACR仿真组成
• 5.4.3 仿真流程
• 5.4.4 仿真结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间发表论文及科研项目