基于低能耗高效无线传感器网络路由协议研究

摘要

传感器、计算机网络、嵌入式系统、无线通信是已经发展的比较成熟的技术，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSN）是在它们的基础上发展而来的新型网络，该网络能够实时地感知、采集和监测用户感兴趣区域内的信息，对信息进行加工处理后发送给终端用户。应用前景很大。WSN中传感器节点通常由电池供电，一旦电量耗尽节点就会死亡，将会改变网络拓扑结构，缩短网络寿命，严重影响网络服务质量。因而如何增大网络的寿命是研究WSN的核心。
　　针对WSN能量利用率低和通信质量不高等问题，本课题提出了一种高效低能耗的WSN路由协议。研究过程中的主要内容如下：
　　（1）考虑到由于各节点的初始能量、通信和计算能力通常不一样，且节点扮演的角色不同，耗能不一样，因此本课题在簇头选举阶段综合考虑节点的剩余能量、节点的密度、节点的传包成功率等因素。
　　（2）在簇内通信方案上提出了混合路由通信方案。不管是单跳方案还是多跳方案都有不足之处，在单跳方案中，离汇聚节点较远的簇首会消耗较多的能量，在多跳方案中，离汇聚节点较近的节点会消耗较多的能量。基于此，本课题充分利用了单跳和多跳各自的优势，提出了一种混合路由通信方案。
　　（3）簇间通信在链头选取上本课题考虑了四个方面:链头自身能量值、链数据传输代价、链头传包成功率以及链头与基站的距离。
　　（4）提出了丢包策略。由于WSN通常受到噪声、衰减、反射等干扰；且网络通信资源较少，节点密集的地方分组较多，必然导致资源的激烈争夺，进而导致信道堵塞，降低了数据的传输速度，不能确保数据可靠及时的传输。因此，本课题提出当检测到拥塞发生时，启动丢包策略：根据数据包剩余价值的大小来决定丢包的先后顺序，丢弃价值最小的分组，使有限带宽得到充分的利用，最大限度地确保重要数据可靠及时的传输。
　　最后，通过仿真表明：本课题提出的协议能有效均衡各节点能耗，提高数据包的传输成功率，从而达到提高通信质量，增大网络寿命的目的。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1. 1 课题的研究背景

1. 2 国内外研究现状及发展趋势

1. 3 课题研究的目的和意义

1. 4 课题研究的主要工作

1. 5 论文的组织结构

第二章 WSN简介及路由协议概述

2. 1 WSN

2. 2 WSN中的路由协议

2. 3 本章小结

第三章 WSN经典路由协议的分析

3.1 WSN经典路由协议分析

3. 2 本章小结

第四章 低能耗高效WSN路由协议

4. 1 低能耗高效路由协议设计

4. 2 改进的簇首选取算法

4. 3 低能耗通信方案

4. 4 丢包策略

4. 5 本章小结

第五章 仿真与分析

5. 1 仿真工具分析

5. 2 仿真参数设置

5. 3 仿真结果分析

5. 4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果