基于能量约束的WSN路由协议研究

摘要

WSN被认为是物联网的“末梢神经”，是一种综合信息，包含信息采集、信息处理和信息传输功能于一体的智能网络信息系统。它部署快捷、使用灵活、单位低成本，可对人们感兴趣的区域或目标进行智能化的监测和数据采集，现已被运用于多个领域，并在这些领域中有出色的表现，刷新着人们对计算机技术、网络通信技术、嵌入式技术和智能化技术等的认知。
　　WSN拥有广泛的应用前景，然后在实际应用中也遇到了各种各样的限制和负面影响。和传统有线传感器网络不同的是，WSN的限制和负面影响主要表现在传感器节点的能量、通信带宽、计算能力等关键资源的高效利用方面，特别是能量，各种限制和负面影响都或多或少的指向能量问题。WSN通常部署的区域面积大、环境复杂甚至恶劣，使得传感器节点不可能通过不间断电源来维持工作，同时由于成本控制的原因也不可能给全部的节点配备再生能源（如太阳能）模块，所以目前大多数情况是配备干电池。干电池的能量又是有限的，电池电量耗尽，WSN随即瘫痪，通过人为的更换干电池是不科学且几乎不可能的任务。所以研究高效利用能量资源，延长网络生存期就是摆在众多科研工作者面前的一个重点课题。
　　高效利用能量资源，延长网络生存期有很多不同的研究方向，本文选择WSN中路由协议，进行分析研究。本文是在分析现有的WSN路由协议的基础之上，着重研究了基于LEACH和PEGASIS簇头成链路由改进协议。主要工作内容和研究成果如下:
　　(1)论述WSN发展历程、概念、结构、特点、应用，和WSN紧密相关的关键技术和网络协议;
　　(2)介绍WSN路由协议相关知识，包括路由协议的特点，分类等，然后阐述了WSN中几种典型路由协议，分析各种典型路由协议工作原理，特点，优缺点等。
　　(3)详细总结了LEACH协议和PEGASIS协议，包括两种协议的工作机制，应用前提，能量模型，各自簇（链）建立和数据稳定传输阶段。然后分析两种协议各自的优缺点。
　　(4)针对LEACH协议和PEGASIS协议存在的优缺点，参考文献[1]提出的LEACH-P协议是将LEACH协议和PEGASIS协议结合起来，利用簇头成链的思想来规避两种协议各自的缺点，吸收各自的优点，然而LEACH-P协议仍然有不足的地方，本文针对其中不足，提出在簇头选取和链首选取中对其改进:在簇头选取中加入考虑节点邻居个数，在链首选取中引入距离阈值，让靠近汇聚节点的簇头更容易当选为链首。从这两方面优化簇头成链的路由协议。
　　(5)仿真结果表明，本文改进的簇头成链协议优于LEACH-P协议。改进协议更能提升能量利用效率，延长网络寿命。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究内容和结构安排

第2章 WSN概述

2．1 WSN特征

2．2 WSN协议栈概述

2．3 WSN的关键技术

2．4 WSN的应用领域

本章小结

第3章 WSN路由协议研究

3．1 WSN路由协议概述

3．1．1 WSN路由协议特点

3．1．2 WSN路由协议的分类

3．2 典型路由协议

3．2．1 洪泛式路由协议

3．2．2 基于协商的传感器路由协议

3．2．3 定向扩散路由协议

3．2．4 谣传路由协议

3．2．5 阈值敏感的高效传感器网络协议

3．3 LEACH协议和PEGASIS协议研究

3．3．1 LEACH协议研究

3．3．2 PEGASIS协议研究

3．4 几种路由协议比较

本章小结

第4章 基于LEACH和PEGASIS簇头成链路由改进协议研究

4．1 基于LEACH和PEGASIS簇头成链路由算法思想

4．2 基于LEACH和PEGASIS簇头成链路由改进协议算法思想

4．3 基于LEACH和PEGASIS簇头成链路由改进协议详细研究

4．3．1 最优簇头个数

4．3．2 改进协议的应用前提和能量模型

4．3．3 簇头的选取

4．3．4 链首的选取

4．3．5 改进协议运行流程图

本章小结

第5章 改进路由协议仿真实验

5．1 仿真平台和参数

5．2 仿真结果和分析

本章小结

总结与展望

论文总结

工作展望

致谢

参考文献