链状线型WSN中基于梯度的分簇成链算法研究

摘要

链状线型无线传感器网络是一种特殊类型的无线传感器网络，广泛应用于高速公路，河流，火车铁轨，输变电线等领域的监测，主要特点是，数据传输距离远且路径单一，网络中一般会有多个Sink节点，节点处理的信息量大。如何降低节点传输能耗，节省节点能量，延长网络生命周期是链状线型无线传感器网络的研究热点。
　　 本文针对链状线型无线传感器网络中多Sink的特点，结合已有传感器网络的分层路由技术，提出了一种基于梯度的分簇成链算法CLBG(ClusteringintoLinkBasedonGradient)，其思想是以Sink节点的通信半径建立梯度场，节点根据所处梯度是否相同进行成簇，成簇后，簇中节点以簇头为首成链。该算法主要可分为四部分:梯度建立阶段、成簇阶段、簇中成链阶段以及簇间路由阶段。CLBG主要在两方面降低了节点能耗，一方面，利用梯度的方式成簇后，节点能够向距离最近的Sink传输数据，缩短了数据传输距离，进而减少了传输能耗;另一方面由于网络中的节点位置相对集中，采集的数据相似性较大，因此CLBG选择采用数据融合技术对数据处理，降低了节点因传输大量的数据引发的能量损失。CLBG分簇算法的另一个特点在于，当网络出现故障时，利用该算法可反向建立传输链路，保证数据的及时传输，避免因链路问题对网络的影响，提高了数据传输的可靠性。
　　 为了验证CLBG分簇协议算法的性能，本文采用NS-2网络模拟工具，进行仿真实验，并与传统经典分簇算法LEACH和PEGASIS在节点剩余能量，剩余节点个数以及数据传输时延三个方面进行了分析比较。仿真结果表明，基于梯度的分簇成链算法CLBG可以有效节省节点能量，避免节点过早死亡，达到延长网络生命周期的目的。最后，文章指出了CLBG算法目前所存在的不足以及需要改进的地方，并给出了进一步的研究方向。

目录

声明

摘要

图表清单

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 论文研究内容

1．3 国内外相关研究

1．4 论文结构安排

第二章 无线传感器网络体系结构

2．1 传感器节点体系结构

2．2 无线传感器网络协议栈

2．2．1 传统无线网络协议栈

2．2．2 无线传感器网络协议分层结构

2．3 无线传感器网络跨层设计

2．3．1 跨层设计的必要性

2．3．2 跨层设计方法

2．4 本章小结

第三章 无线传感器网络路由协议

3．1 无线传感器网络路由协议

3．1．1 无线传感器网络路由协议需面对的问题

3．1．2 无线传感器网络路由协议分类

3．2 无线传感器网络分层路由协议

3．3 LEACH协议性能分析

3．3．1 LEACH算法描述

3．3．2 LEACH分簇算法的特点和不足

3．4 PEGASIS协议性能分析

3．4．1 PEGASIS算法的网络模型

3．4．2 PEGASIS算法的能量模型

3．4．3 PEGASIS算法描述

3．4．4 PEGASIS算法的优点与不足

3．5 分层PEGASIS协议

3．6 本章小结

第四章 基于梯度的链状线型无线传感器网络路由协议CLBG

4．1 链状线型无线传感器网络拓扑结构

4．2 链状线型无线传感器网络的特点

4．3 CLBG分簇算法及其特性

4．4 CLBG分簇成链算法的具体实现

4．4．1 网络模型

4．4．2 梯度建立阶段

4．4．3 成簇阶段

4．4．4 簇中成链

4．4．5 簇间路由

4．5 CLBG性能分析

4．6 CLBG算法协议中采用的关键技术

4．6．1 数据融合技术

4．6．2 数据融合技术分类

4．6．3 数据融合过程及方法

4．7 本章小结

第五章 仿真实验

5．1 仿真环境NS-2

5．2 NS-2源码目录结构

5．3 NS-2模拟过程

5．4 NS-2中CLBG协议的添加

5．5 仿真实验设计

5．5．1 网络参数配置

5．5．2 数据流设置

5．5．3 数据记录与结果演示

5．5．4 数据分析

5．5．5 数据结果展示

5．6 仿真结果及分析

5．7 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

个人简历及在校期间发表论文