基于能量感知的WSNs路由算法研究

摘要

近年来，微电子技术、传感器技术、无线通信等技术的发展与进步，共同推动了具有多功能、低能耗的无线传感器网络的产生及发展。无线传感器网络是由大量廉价传感器组成的一种无基础设施网络，具备数据感知、采集、处理，以及无线通信等功能。WSNs的快速发展与逐步成熟，使其在军事应用、医疗健康、环境科学、智能家居、空间探索等方面具有十分广阔的应用前景。
　　 在无线传感器网络中，路由技术是影响WSNs整体性能的关键技术之一。由于WSNs自身的特点，现有的无线路由技术并不适用于WSNs。面向应用的路由算法或协议逐渐地成为网络层研究的核心。同时，如何保证传输路径的可靠性及能量利用的高效性是当前路由技术亟待解决的关键问题。
　　 论文对面向应用的能量感知路由协议进行了研究，并在此基础上做了如下研究工作:
　　 首先，对WSNs中的能量感知路由进行了分析研究，讨论了具有代表性的能量感知最小跳数路由及多路径路由算法-GEAR的优缺点，结合两种路由的优点，给出了一种新的能量感知的WSN节点分类控制路由算法。算法根据能量阈值及节点自身剩余能量将节点分成两类，两类节点按照不同的方式进行数据通信，以实现节点间能量的均衡消耗，避免低能量节点过早死亡而失效，并通过NS2仿真平台来验证该算法的合理性和有效性。
　　 其次，在能量感知的WSN节点分类控制路由算法的基础上，针对折线效应产生不必要的能量消耗及节点间数据通信使用统一的发射功率问题，本文进一步考虑节点的能耗优化，利用候选路由节点避免折线效应来节约能量，同时考虑节点发射功率大小对节点能量消耗的影响，给出了一种基于能耗优化的节点分类控制路由算法，综合节点自身剩余能量、节点间通信距离等关键要素，从理论上建立了一个功率控制模型。经理论分析和实验验证，改进后算法能够有效提高能量利用率，减少不必要的能量花销，并能够延长网络生命周期。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外研究进展

1．3 课题研究的目的和意义

1．4 论文的主要工作

1．5 论文结构

第二章 无线传感器网络概述及路由相关技术

2．1 无线传感器网络概述

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

2．1．3 无线传感器网络的特点

2．2 无线传感器网络路由技术

2．2．1 基于查询的路由

2．2．2 基于地理位置的路由

2．2．3 可靠路由

2．2．4 能量感知路由

2．3 各类路由协议对比分析

2．3．1 路由的特点

2．3．2 路由设计要求

2．3．3 各类路由对比结果

2．4 本章小结

第三章 能量感知的WSN节点分类控制路由算法

3．1 问题分析

3．2 CEAR路由算法

3．2．1 能量阀值

3．2．2 节点分类

3．2．3 路由建立

3．2．4 独立节点的路由选择

3．3 CEAR算法的数据传输过程

3．4 CEAR算法的路径维护过程

3．5 仿真实验及分析

3．5．1 数值分析

3．5．2 仿真实验

3．6 本章小结

第四章 能耗优化的能量感知节点分类控制路由算法

4．1 问题分析

4．2 New-CEAR路由算法

4．2．1 候选路由节点定义

4．2．2 概率函数定义

4．2．3 独立节点路由选择过程

4．2．4 基于距离和节点剩余能量的功率控制模型

4．2．5 节点问通信的能量消耗模型

4．3 数据传输流程及具体描述

4．4 仿真实验与分析

4．5 本章小结

第五章 总结与未来工作

5．1 论文总结

5．2 未来的工作

致谢

攻读硕士学位期间从事的科研工作及发表的论文

参考文献