基于动态分簇的低能耗WSN路由协议的研究

摘要

无线传感器网络通常由大量的无线传感器节点构成，这些节点可以监测并采集周围的环境数据。节点通常部署在如战场、火山、南北极冰川、桥梁等偏远且不宜触及的自然区域中，辅助人们对特定区域的敏感信息进行监测。然而无线传感器网络中的节点由电池供电，能源为一次性部署且不可再充，因此节能是设计无线传感器网络系统需要考虑的首要问题。而在整个网络的能耗中，大部分能量消耗在数据的传输环节。因此，研究高效节能的路由协议可以有效缓解无线传感器网络能源有限的问题。
　　除了能源问题，由于传感器节点受限于成本且体积有限，节点只有有限的数据存储和处理能力。因此，在节能的同时还要求路由算法有较低的时间和空间复杂度，而现有算法往往侧重于节能，忽略了算法复杂度问题。本学位论文利用节点间严格的时钟同步机制，设计了基于节点剩余能量的时间退避和动态选择簇首机制，使得算法同时具有节能和低算法复杂度的特点。
　　首先，在簇首选取阶段，设计了基于节点剩余能量的时间退避机制，使高能量的节点具有较短的退避时间，从而在簇首选取阶段更容易胜出，并通过控制簇首广播半径的方式控制网络中簇首的数量。
　　其次，在成簇阶段，所有非簇首节点通过考虑自己与簇首的距离以及簇首与基站的距离来选择簇首，在尽量保存自身能量的前提下，通过选择不同的簇首，保存簇首的能量，实现全局能耗均衡，进而延长网络生存时间。
　　仿真实验分别对簇首分布、簇首数量稳定性、成簇情况和网络生存时间等指标做了评估。实验结果表明，与LEACH和HEED协议比较，本学位论文提出的算法在网络生存时间上分别提升了33.4％和18.2%；算法的时间复杂度为O(1)，低于HEED（O(n)）和其他经典路由算法。算法具有良好的节能特性及较低的算法复杂度。

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第1章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 无线传感器网络路由研究现状

1.3 研究内容与主要工作

1.4 本文结构

第2章 WSN分簇路由算法相关理论

2.1 引言

2.2 WSN分簇路由理论基础

2.3 相关算法介绍

2.4 WSN路由算法评价模型

2.5 本章小结

第3章 低能耗WSN分簇路由协议的设计

3.1 引言

3.2 协议设计目标

3.3 基于剩余能量的时间退避动态分簇路由协议

3.4 最佳簇首数量选取

3.5 本章小结

第4章 仿真实验结果及分析

4.1 引言

4.2 参数的选择

4.3 对比实验

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢