三维空间下传感器节点移动的节能分簇路由协议研究

摘要

移动无线传感器网络具备感知、处理、移动、通信等功能，与静态网络相比节点的移动会导致网络拓扑结构发生相应的改变。传统的静态路由协议应用于移动无线传感器网络中，经常会导致数据传输的延迟或丢失，浪费节点过多能量。此外，由于部分无线网络的研究不再局限于二维平面，无线传感器网络在三维空间中的应用越来越广泛，本文针对节点移动的传感器网络设计了能量有效的三维路由协议。
　　首先，将传统的LEACH分簇协议拓展到三维空间下实现了3D-LEACH协议，并对其簇首选择机制进行优化设计了3D-LEACH-D协议，相同网络条件下将3D-LEACH-D协议与传统的3D-LEACH协议、3D-DEEC协议做比较，结果显示3D-LEACH-D协议节能效果良好。
　　其次，提出了三维空间下节点移动的节能路由协议3D-NMEERPL协议，该协议对传感器节点的移动模型做了详细的描述，协议建立阶段设计了簇首数目计算公式并优化了簇首选择阈值公式。在数据传输阶段，设计了基于分块和多跳的簇内路由和簇间路由机制，使网络中各传感器节点的能耗更均衡。
　　最后，将3D-NMEERPL路由协议移植到MATLAB仿真平台上进行测试，其仿真结果分别与3D-DEEC协议、3D-LEACH-D协议进行对比分析，实验结果表明3D-NMEERPL路由协议比其它两种协议有效的延长了网络寿命，降低了网络节点能耗，节能效果良好。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 三维移动网络算法的研究现状

1．1．1 移动无线网络算法的研究现状和进展

1．1．2 三维无线网络的研究现状和进展

1．2 课题背景

1．2．1 三维空间下路由的应用

1．2．2 移动路由的应用

1．3 课题研究目的和意义

1．4 论文的主要研究内容

1．5 论文结构安排

2 典型路由协议的分析

2．1 路由算法和路由协议

2．1．1 路由协议设计的目标和性能考量标准

2．1．2 路由算法原理

2．1．3 路由协议的分类

2．2 典型无线路由协议分析

2．2．1 平面路由协议

2．2．2 分层路由协议

2．3 典型路由协议的比较

2．4 本章小结

3 3D-LEACH-D协议的设计

3．1 LEACH分簇协议的详细分析

3．1．1 Set-up簇建立阶段

3．1．2 Steady-state稳定传输阶段

3．1．3 LEACH协议的性能分析

3．2 3D-LEACH-D协议模型介绍

3．2．1 3D-LEACH-D协议的网络模型

3．2．2 3D-LEACH-D协议的无线通讯模型

3．3 3D-LEACH-D协议簇的建立

3．3．1 3D-LEACH-D协议最优簇首数目的确定

3．3．2 3D-LEACH-D协议阈值T(n)的定义

3．4 实验仿真结果分析

3．4．1 仿真参数

3．4．2 基于小网络空间协议的实验仿真结果分析

3．4．3 基于大网络空间协议的实验仿真结果分析

3．5 本章小结

4 一种三维空间下节点移动的分块路由算法(3D-NMEERPL协议)

4．1 算法简述

4．2 传感器节点移动模型

4．2．1 几种典型的随机移动模型

4．2．2 本文协议所采用的随机移动模型

4．3 3D-NMEERPL协议的网络模型

4．3．1 3D-NMPPREL协议实现的前提条件

4．3．2 3D-NMPPREL协议的能耗模型和数据聚合模型

4．4 3D-NMEERPL协议建立

4．4．1 网络分块与节点密度

4．4．2 3D-NMEERPL协议最优簇首个数的计算

4．4．3 3D-NMEERPL协议簇首选择阈值公式的设计

4．4．4 3D-NMEERPL协议建立总过程

4．5 3D-NMEERPL协议路由多跳机制

4．5．1 单跳路由与多跳路由的对比

4．5．2 簇内路由多跳机制

4．5．3 簇间路由多跳机制

4．6 本章小结

5 实验仿真及结果分析

5．1 Matlab仿真软件介绍

5．1．1 Matlab概述

5．1．2 Matlab的系统结构

5．2 协议性能评价标准

5．3 协议仿真结果及分析

5．3．1 仿真参数和环境

5．3．2 基于小移动网络空间协议的实验仿真结果分析

5．3．3 基于较大移动网络空间的协议实验仿真结果分析

5．4 总结

6 总结与展望

致谢

参考文献