面向生物实验室安全应用的无线传感器网络路由协议的研究

摘要

无线传感器网络作为无线通信网络的一个新领域，是一种无中心节点的全分布系统。通过随机投放布设的方式，传感器节点密集部署于监控区域，并通过无线电通信形成一个自组织网络。无线传感器网络技术具有广阔的应用前景，当前无线传感器网络的研究也越来越受到国内外学术界的重视。本文依托于国家科技支撑计划课题----“实验室实时监控网络化关键技术和产品”，针对生物实验室应用的具体特点，提出了一套基于无线传感器网络技术的传感器数据采集和分析的方案。在这个项目实践的基础上，本文考虑了在实际生物实验室无线传感器网络存在的问题，针对其网络的路由协议进行了深入的研究和讨论，并提出了自己的改进算法。
　　基于实际应用考虑，本文针对传统的无线传感器网络分簇协议LEACH进行了两方面的改进。首先，针对实际生物实验室三维空间的节点分布特点，提出了多级分簇的理念，将三维空间的节点通过区域划分实现平面化，并在平面化后的区域内选取节点担任一级簇头，完成一级分簇过程。其次，针对区域化后的平面内的节点，以LEACH协议为核心，改进 LEACH协议不能均匀分簇的缺点，在簇头选举时加入簇头节点间距离的考虑因子，并优先选择能量高的节点担任簇头，以此实现平面内的均匀分簇。通过这两方面的改进，大大克服了LEACH协议不能实现均匀分布以及不考虑能耗的缺点，从而更好地均衡了网络节点的能耗，延长了网络生存时间。最后，基于NS2仿真平台对本文提出的算法进行了实验分析及评估，并与LEACH协议的实验结果进行比较分析。实验结果表明，改进后的算法在节能、网络生存时间等方面都获得了较大的改善，并且在网络规模扩大的情况下，算法性能的优势仍然能够得到保证。
　　最后，本文总结了所做的研究工作，指出需要进一步研究的问题，并对将来的工作进行了展望。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 课题来源

1.3 研究目的和意义

1.4 论文主要研究内容以及论文章节安排

第二章 无线传感器网络概述

2.1 无线传感器网络的体系结构

2.2 无线传感器网络的特点

2.3 无线传感器网路的研究内容

2.4 本章小结

第三章 二维无线传感器网络路由协议研究

3.1 无线传感器网络路由协议特点

3.2 无线传感器网络路由协议的设计要求

3.3 无线传感器网络协议的分类

3.4 几种典型无线传感器网络路由协议介绍

3.5 本章小结

第四章 面向生物实验室安全应用的路由协议设计

4.1 生物实验室无线传感器网络环境分析

4.2 多级均匀分簇路由协议的设计

4.3 路由协议设计

4.4 本章小结

第五章 基于 NS2 的 MEDCH 算法仿真与分析

5.1 NS2 仿真平台

5.2 算法仿真实验及分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

研究成果

附录