无线传感器网络能耗均衡聚簇路由协议研究

摘要

无线传感器网络节点融合了传感器、无线通信网络及小型嵌入式系统等技术，具有体积小、自组织通信、携载能量有限等特点。这些与传统网络不同的特点使得无线传感器网络更关注如何降低传感器网络的能耗以使得无线传感器网络的生命周期更长。
　　 本文首先分析了无线传感器网络的基本特点和体系结构，指出了无线传感器网络中路由协议的一些关键技术，分析了以SPIN、DD、MTE等为代表的无线传感器网络路由协议的能耗均衡方式。接着本文以LEACH为研究对象，详细分析了其路由形成方法及能量均衡办法，给出了其能量消耗模型分析。LEACH协议采用分布式算法，由各节点根据自己产生的随机数来确定自己是否担任要消耗较多能量的簇首。由于采用随机数方法，有时候甚至会出现无节点愿意担任簇首的情况或者是全部节点都当选为簇首的情况。另外随机数的产生公式也未有照顾节点的剩余能量水平。
　　 针对上述问题，本文提出基于LEACH协议的能量均衡聚簇路由协议，该协议考虑了节点的能量水平，改进了簇首在建立阶段和数据传输阶段的过程，该方法在簇稳定阶段由簇首节点检测成员节点的能量值，在簇首能量值较低时候以较小代价动态平稳切换新簇首。通过协议的能耗分析显示，改进方法平衡了簇内节点的能耗，能减小节点能耗。NS2中仿真结果也表明本文提出的算法大幅度提高了节点的生存能力，延长了网络生存周期。由于LEACH协议并没有考虑在移动环境中的应用，在移动环境中表现不佳，本文在此基础之上提出移动环境中聚簇路由协议。该协议结合地理位置信息，综合考虑了节点的移动速度、节点密度、剩余能量水平及预计能耗水平等因素。仿真结果表明移动环境中的能量均衡聚簇路由协议在平衡节点能量消耗、延长网络生存周期等方面要好。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究目的与意义

1．3 本文主要工作

1．4 论文结构

第二章 无线传感器网络

2．1 无线传感器网络概述

2．2 无线传感器网络体系结构

2．3 无线传感器网络的特点

2．4 无线传感器网络路由协议概述

2．5 无线传感器网络路由协议关键技术

2．6 无线传感器网络主要路由协议

2．6．1 Flooding和Gossiping

2．6．2 SPIN协议

2．6．3 DD协议

2．6．4 MTE协议

2．6．5 能量感知路由协议

2．7 本章小结

第三章 LEACH协议分析

3．1 LEACH协议

3．2 LEACH协议算法分析

3．3 LEACH能耗模型分析

3．4 LEACH算法不足

3．5 本章小结

第四章 改进的能耗均衡聚簇路由协议

4．1 分布式能耗均衡聚簇路由协议

4．1．1 簇首建立

4．1．2 数据传输

4．1．3 簇维护与保持

4．2 EBCA—D协议分析

4．3 仿真分析

4．3．1 NS2仿真环境

4．3．2 仿真参数

4．3．3 度量指标

4．3．4 仿真比较

4．4 本章小结

第五章 移动环境中能耗均衡聚簇路由协议

5．1 网络节点部署

5．2 簇首选择的方法

5．3 EBCA—C算法详述

5．4 仿真分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

发表论文与科研项目

致谢