无线传感器网络路由协议中基于定位的节能算法研究

摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Network；WSN)是由大量传感器节点以自组织和多跳的方式组成的网络，这些节点随机分布在被监测区域中，感知、采集和处理被监测区域内感知对象的监测信息，并将这些信息发送给观察者。无线传感器网络一般部署在人员不方便到达的区域，例如雷区和矿井等。传感器节点一般由电池供电，电池能量有限且无法补充，一旦能量消耗完毕，节点即宣告死亡。传感器节点的通信模块消耗了大部分的能量，主要用于信息的发送和接收。因此改进无线传感器网络路由协议，使节点在通信过程中消耗更少的能量，这样就能增加无线传感器网络的寿命。
　　 现有无线传感器网络路由协议的节能研究都是建立在已知节点精确位置信息的理想环境基础上。但实际应用中大多数无线传感器网络节点的位置随机分布，只有少数的节点具有精确的位置信息，未知节点需要通过定位过程才能获取其位置信息，而所获得的位置信息存在一定误差。所以在此理想环境下的路由协议节能研究并不能很好的适用于现实场景。
　　 本文首先指出存在误差的节点位置坐标是研究路由协议节能的前提，理想状态下的节能分析与真实场景偏差较大。然后一方面通过改进的Dv-hop定位算法计算节点位置，缩小定位误差；另一方面在考虑节点定位误差的基础上开展基于LEACH路由协议的节能研究。重点展开对LEACH路由算法的分析与节能研究，改进LEACH路由协议使其达到更好的节能。本文的研究内容主要有两个部分：
　　 1.现有的LEACH路由协议节能研究都是单纯的研究路由协议本身对节能的影响，忽略了节点的定位误差对节能的影响。而LEACH的分簇选择以及能量消耗的计算都是建立在节点位置信息基础上，因此本文认为关于LEACH路由协议的节能研究必须建立在存在误差的节点位置信息上。
　　 2.改进Dv-hop定位算法，较准确地计算节点坐标信息，使节点的定位精度提高到可接受的范围之内，缩小节点的定位误差对路由协议的能量计算带来的影响。在此基础上改进LEACH路由算法，针对LEACH协议中没有考虑节点剩余能量和簇首单跳通信等不足提出改进方案。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 本文的研究背景

1.2 无线传感器网络概述

1.2.1 无线传感器网络节点结构及WSN体系结构

1.2.2 无线传感器网络的应用

1.2.3 无线传感器网络的研究进展

1.2.4 无线传感器网络的特点

1.2.5 无线传感器网络的关键技术

1.3 本文的研究内容

1.4 本文的组织结构

第二章 无线传感器网络定位算法概述

2.1 定位算法的基本概念和术语

2.2 定位算法简介

2.2.1 定位算法分类

2.2.2 Range-based定位算法

2.2.3 Range-free定位算法

2.2.4 Dv-hop定位算法

2.2.5 对Range-free几种算法的性能比较

2.3 节点位置的基本测量方法

2.3.1 三边测量法

2.3.2 极大似然法

2.4 本章小结

第三章 无线传感器网络路由协议简介

3.1 平面路由协议

3.1.1 Flooding和Gossiping

3.1.2 SPIN

3.2 分簇路由协议

3.2.1 LEACH

3.2.2 PEGASIS

3.2.3 TEEN和APTEEN

3.2.4 HEED

3.3 分簇路由协议的优点

3.4 本章小结

第四章 无线传感器网络路由协议中基于定位的节能算法研究

4.1 对DV-HOP定位算法的改进

4.1.1 对平均跳距的改进

4.1.2 引入总体最小二乘法

4.1.3 改进后的DV-hop算法流程与分析

4.2 对LEACH算法的改进以及耗能分析

4.2.1 LEACH算法的缺陷和改进

4.2.2 两种算法的能量分析与对比

4.3 无线传感器路由协议中基于定位的节能算法研究

4.4 本章小结

第五章 仿真实验以及数据分析

5.1 仿真平台的选取

5.2 仿真环境的参数设定

5.3 实验结果分析

5.3.1 定位结果的误差分析

5.3.2 算法耗能分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表和录用的论文