基于QoS的WSN路由协议的研究

摘要

无线传感器网络被广泛应用到很多地方。在医疗方面,它可以被用来有效监测患有特殊疾病的患者,并且防止病情的蔓延;在战场上,可以将传感器分布于敌人的后方,利用它们来收集军事情报,这样可以减少人员伤亡;数以百万计的传感器节点部署在面积较大且环境恶劣的森林中,这些传感器可以提供实时的信息,确认火灾或受污染地区的化学泄漏;在家庭应用方面,WSN可以允许用户通过互联网远程做家务。为了使WSN能更好地服务于这些应用,将服务质量作为设计无线传感器网络路由协议需要考虑的关键因素之一。
　　本文在对WSN和基于QoS的WSN路由协议研究的基础上,提出了两种改进的路由协议。
　　第一种协议是LEACH-QoS协议。它是在LEACH协议的基础上改进而来的,是一种层次型的路由协议。它充分利用LEACH协议在能耗方面的优点,首先将“簇首指数”引入到簇首选取的过程中,基站根据簇首指数、平均能量和最优簇首数三个参数来控制簇首的选择,以使网络中的资源得到最充分的利用。然后由簇首对簇内所有的节点的当前能量进行比较,选出最大的那个节点担任辅助节点,这个节点分担了簇首的一部分职责,这样避免了簇首节点的过早死亡,使网络的能耗更均衡,有助于延长网络的工作时长。在组织簇的过程中以簇首节点为圆心,以 DC-LEACH协议中的检测半径R为半径画圆,圆内的所有节点即为该簇内的节点,这种方法可以优化簇的划分。该协议还将单跳和多跳的方式结合起来,用此方法来满足不同业务对时延的不同要求。仿真结果表明, LEACH-QoS比LEACH协议和DC-LEACH协议的网络寿命更长,并且比它们更能满足数据对时延的要求。
　　另一个协议是DG协议,它是一种平面路由协议。在路径发现阶段,用时延函数值来发现下一跳节点,时延函数值是由能量和时延参数决定的,这样就在一定程度上确保了所建立的路径能满足网络对这两个参数的要求。该协议对能量较小的节点进行标记,这样做简化了路由的建立过程,“候选下一跳节点”减少了路径建立的时间。仿真结果表明,与SAR协议相比,使用DG协议的网络时延更短并且生命周期更长。

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1 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 WSN概述

1.3 论文的结构安排

2 WSN路由协议的研究

2.1 WSN路由协议的关键问题

2.2 WSN路由协议设计目标的分析

2.3 适合WSN的路由协议

3 基于QoS的WSN路由技术的分析与研究

3.1 QoS保障机制和QoS指标的关系

3.2 QoS路由的概念、目标和作用

3.3 WSN的QoS路由的特点

3.4 WSN的QoS路由协议的研究现状

4 基于QoS的LEACH协议的改进

4.1 LEACH协议

4.2 网络的通信模型

4.3 基于QoS的LEACH协议的研究思路

4.4 LEACH-QoS协议

4.5 仿真结果及分析

5 一种提供时延保证的无线传感器路由协议(DG)

5.1 DG协议的引出

5.2 路由发现

5.3 路径的维护

5.4 性能分析与仿真

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果