异构无线传感器网络能量均衡路由协议研究

摘要

无线传感器网络（WSN）是由随机散布于监测区域的大量传感器自组织形成的网络，融合了多种科学技术，是一门具备综合性能优势的学科。随着无线传感器网络在各领域中的广泛应用，科研人员展开了对WSN技术的深入研究，主要集中于对数据融合、路由协议、节能控制及时间同步等关键技术的研究。传感器因采用自带电池供电，其体积小、能量有限，且一般部署于人迹罕至、环境恶劣的区域，能量无法得到无限供应，因此减少网络能量的消耗是提高网络性能的一个重要因素。在WSN技术的某些应用中，需要对监测的音频、视频等数据实现实时传输，因此较少的传输时延、增强对目标监测的实时性也是WSN的研究重点。
　　基于无线传感器网络初始能量异构，对异构网络经典路由协议——稳定选举协议（SEP）进行了研究，SEP协议中不同初始能量节点的簇首选举算法也不尽相同。针对 WSN能量的有限性，为提高网络稳定性，使节点趋于同时死亡，设计了一种改进的分簇算法——EE-SEP协议。该算法采用综合考虑节点剩余能量和能量消耗率（energy consumption rate——ECR）的簇首选举机制，将这个两个参数引入节点阈值的计算公式，使剩余能量较多和ECR较小的节点计算的阈值更大，更容易满足成为簇首的要求，避免能量过低的节点承担更多网络负载，从而均衡节点间的能耗。
　　另外，为缓解稳定通信阶段能量消耗不均衡的情况，同时减少节点间的传输时延，对簇间的通信方式进行了改进，在路由中采用多跳传输的方式，建立基于传输时延和节点剩余能量的最优路径，改进协议——EED-SEP是采用Dijkstra算法原理，选择传输时延较小、剩余能量较多的节点作为下一跳传输节点。
　　MATLAB仿真实验表明，EE-SEP协议和SEP协议以及REMCA协议相比，节点存活率明显得以提高，网络能耗大大减少，第一个节点死亡轮数分别延迟了207％、66%，半数节点死亡的轮数延迟了168%、53%，最后一个节点死亡的轮数分别延迟了38%，103%，有效延长了网络的生存时间；EED-SEP协议在稳定通信阶段采用基于传输时延和剩余能量的多跳传输机制，有效减少了网络时延，节约了网络的总能量，延长了网络的寿命，提升了网络性能。

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第1章 绪论

1.1 无线传感器网络简述

1.2 课题研究背景

1.3 课题研究意义

1.4 国内外研究现状

1.5 课题研究内容及结构安排

1.5 本章小结

第2章 无线传感器网络路由协议概述

2.1 无线传感器网络路由协议简述

2.2 无线传感器网络路由协议分类

2.3 典型路由协议比较

2.4 本章小结

第3章 异构无线传感器路由协议研究

3.1 异构无线传感器网络概述

3.2 SEP路由协议分析

3.3 基于剩余能量和ECR的SEP改进算法

3.4 仿真实验

3.5 本章小结

第4章 基于Dijkstra算法的簇间通信改进

4.1 Dijkstra算法原理

4.2 簇间通信路由优化

4.3 仿真实验及性能分析

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表学术论文及参与科研项目