基于分层多簇模型无线传感器网络中生命周期最大化的路由算法研究

摘要

继计算机、互联网之后，物联网即将掀起全球信息产业发展中的第三次浪潮，成为未来世界全新一代信息技术的重要组成部分，无线传感器网络(WSNs)作为物联网的基础，未来拥有着无限的发展潜力。但是在WSNs中，由于节点能源受限，实现网络生命周期最大化，延长网络生存时间仍然是当前面临的巨大挑战。本文充分利用机会路由的广播特性，结合能量感知特征以及基于最短路径的特性，综合考虑以下三个因素，即当前节点的剩余能量、链路传输能量消耗、当前节点到达目的节点的最短剩余跳数。尽可能地选择综合性能较优异的节点进行转发数据包，既避免了多次选择最短路径上的节点导致部分节点能量过早耗尽死亡的情况，又充分考虑了每个候选转发节点的当前剩余能量及到达目的节点链路消耗问题，设置路由度量OSRMi，提出了一种创新性的基于最短路径的能量感知机会路由算法MOSRE（Multi-source Opportunity Shortcut Routing Baseon Energy Aware）。通过一系列的仿真实验证明，该协议能够在一定程度上提高吞吐率、数据包分组投递率，有效地减少无线传感器网络中能量消耗，提升网络的性能。
　　基于3层结构的分层多簇无线传感器网络，本文构建了簇头节点间路由矩阵的模型，进一步综合分析了病态系统理论，就矩阵求解中存在的病态问题进行研究，提出了衡量路由矩阵变化大小的路由矩阵条件数RK(A)，根据RK(A)的大小可以衡量路由路径的变化对整个链路的影响，进而选择最优的路由路径。并通过4节点网络模型示例来进行说明，验证该条件数对路径选择的作用。当网络中路由路径发生变化时，通过控制条件数的大小来控制路由路径的选择，最大限度地减少对其他链路的影响，延长网络生命周期。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．2 研究现状

1．3 WSNs的基本概述

1．3．1 WSNs的基本结构

1．3．2 无线传感器网络中相关标准

1．3．3 无线传感器网络的特征

1．4 论文的主要内容及结构安排

第二章 无线传感器网络的路由协议

2．1 无线传感网路由协议的特点

2．2 无线传感器网络中路由协议分类

2．2．1 按源节点获取路径策略划分

2．2．2 按通信的逻辑结构划分

2．2．3 按路由的发现过程划分

2．3 无线传感系统中机会路由协议

2．3．1 机会路由的研究现状

2．3．2 机会路由的原理

2．3．3 机会路由的关键技术

2．4 本章小节

第三章 基于能量感知的节能机会路由协议

3．1 引言

3．2 基于能量感知的机会路由协议的设计

3．2．1 能量消耗模型

3．2．2 基于能量感知的机会路由度量的设置

3．2．3 候选转发节点集的选择

3．2．4 候选转发节点间的协调机制

3．3 MOSRE路由算法介绍

3．3．1 MOSRE路由算法

3．3．2 MOSRE路由算法示例

3．4 算法仿真与性能分析

3．4．1 仿真环境及参数设I

3．4．2 仿真结果与分析

3．5 本章小结

第四章 无线传感器网络生命周期最大化

4．1 分层多簇的无线传感器网络模型构建

4．2 簇间流量矩阵模型的构建

4．3 网络生命周期最大化

4．3．1 病态系统理论

4．3．2 病态矩阵的求解

4．3．3 路由矩阵条件数定义

4．4 示例模型的计算及仿真

4．4．1 仿真工具介绍

4．4．2 四节点网络模型

4．4．3 结果与分析

4．5 本章小结

5．1 全文总结

5．2 未来工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文