无线传感器网络路由算法研究与古树防盗系统实现

摘要

无线传感器网络是一种以传感器为信息感知元件，以无线通信网络为信息传输途径的融合了芯片技术、无线网络通信技术和软件技术等多种信息技术的通信网络。它获取的信息一般汇聚到信息管理单元，进行处理分析。无线传感器网络在远程监测、过程控制、信息采集等领域都有广泛应用，对它进行理论和应用的研究对推动技术进步和社会发展具有重要价值。
　　无线传感器网络一般节点数量较多，一次布置后，如果频繁补充能量，工作量很大，而且有的节点放置在人不易接触的地方，难以对其进行后期维护，所以一般要求网络在一段时间内能不间断工作。而节点体积小，携带的能量比较有限，因此设法减少无线传感器网络在单位时间内的能量损耗十分重要，而设计低功耗的路由算法是减少网络能量损耗的一个重要的研究方向。本文以延长网络生存时间为目标，以减少接近汇集节点的簇的簇内能量消耗为出发点，设计了一种非均匀分簇的路由算法（BECA算法）。该算法对簇头选择方法进行设计，对节点入簇的数目和距离进行限制，对孤立节点进行妥善处理，并设计了一种近似最短路径的簇间多跳路由方法。软件仿真结果表明，BECA算法与LEACH算法和DEEC算法相比，节点持续工作时间大幅度增加，尤其初始死亡节点出现的时间明显延后，分簇数目最均衡，相同时间内发送到汇集节点的数据量最多；BECA算法与UCRA算法和EEUC算法相比，网络生存时间更长，节点能量利用率更高，能量均衡性更好。
　　本文在对无线传感器网络的理论和技术进行分析研究后，针对森林中的古树价值珍贵，但由于在野外容易被盗的情况，设计了一套基于无线传感器网络的古树防盗系统。该系统由发送信息的终端节点、接收信息的汇集节点、向上位机发送信息的通信模块和做出报警处理的上位机软件组成。终端节点每隔8秒钟向汇集节点发送一次报告本节点正常的信息，汇集节点将收到的信息通过通信模块发送到上位机软件，上位机软件进行判断，如果连续5次没有收到某个节点的信息就报警，同时将相关信息记录保存在文档中。该系统的重点工作在信息处理程序的设计上，并从使用者身份验证、Socket通信、上位机判断报警三方面用VC++进行了详细的程序设计。经过多次测试和排除各种故障，该系统能稳定可靠地传输信息并及时报警，结果满足预想的需求。

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第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要工作和章节安排

第二章 无线传感器网络路由算法

2.1无线传感器网络路由算法概述

2.2 LEACH算法

2.3 EEUC算法

2.4 UCRA算法

2.5本章总结

第三章 一种非均匀分簇多跳路由算法

3.1 BECA算法的提出

3.2 BECA算法的模型

3.3 BECA算法的设计

3.4 BECA算法的仿真与结果分析

3.5本章总结

第四章 基于无线传感器网络的古树防盗系统实现

4.1系统要求

4.2系统开发环境和相关技术介绍

4.3系统总体设计

4.4节点程序设计

4.5上位机程序设计

4.6系统测试

4.7系统结果分析

4.8本章总结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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