不同无线传感网络环境下的分簇路由算法研究

摘要

传统无线传感器网络一般由电池供电且电池不易更换，这就使得节省能量，提高能量使用效率成为传统无线传感器网络研究的一个重要目标。传统的无线传感器网络路由设计一般都以网络的生存时间作为衡量其好坏的主要指标。同时，近年来能量采集技术的发展使得无线传感器网络中的节点能够通过外部环境获取能量，这大大缓解了无线传感器网络能量受限的问题，然而能量采集导致的传感器网络环境的变化也使得传统无线传感器网络环境下的路由不能很好的适用于能量采集型无线传感器网络，因此设计能够适用于能量采集型无线传感器网络的路由是很有必要的。
　　本文首先阐述了无线传感器网络的系统组成、特点、路由协议以及各领域的应用。然后，在着重研究无线传感器网络分簇路由协议的基础上，分别提出了适合传统无线传感器网络的基于地理位置的高能效分簇路由算法和适合能量采集型无线传感器网络的概率式能量均衡的分簇路由算法。
　　基于地理位置的高能效分簇路由算法即 EE-EBGR（energy efficient, energy-balanced geographic clustering routing algorithm），该算法首先根据节点的地理位置进行非均匀分簇，有效的均衡了不同节点的能耗，然后基于第一序列无线电通信模型分析了节点数据传输的最长单跳传输距离，簇首根据最长单跳传输距离和所在簇的标识选择适当的下一跳节点，提高了网络的能量效率。
　　概率式能量均衡的分簇路由算法即EH-EBPR（clustering routing algorithm of probabilistic and energy balanced for energy harvesting wireless sensor network）。该算法中在选簇和TDMA时隙分配过程中综合考虑节点的能量采集采集速率，在簇间通信过程中 EH-EBPR算法概率式的将单跳与多跳方式相结合，使得网络中各个节点的能量消耗比较均匀。
　　Matlab仿真表明，基于各自的应用环境下，两种算法均都能够在均衡网络能耗的同时提高能量的利用率，使得网络具有较好的生存能力。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2无线传感器网络研究现状

1.3课题主要研究内容

1.4论文结构安排

第二章 无线传感器网络概述

2.1无线传感器网络系统组成

2.2无线传感器网络协议栈

2.3传统无线传感器网络的特点

2.4能量采集型无线传感器网络及其特点

2.5无线传感器网络应用

2.6本章小结

第三章 无线传感器网络分簇路由研究

3.1路由协议综述

3.2分簇路由协议

3.3本章小结

第四章 基于地理位置的高能效分簇路由算法

4.1引言

4.2传统WSN下的网络模型

4.3能量模型

4.4最大单跳传输距离

4.5 EE-EBGR算法描述

4.6仿真分析

4.7本章小结

第五章 概率式能量均衡的分簇路由算法

5.1引言

5.2太阳能补给下的EH-WSN系统模型

5.3 EH-EBPR算法描述

5.4仿真与分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利

附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢