能耗均衡的无线传感器网络聚类路由协议研究

摘要

无线传感器网络凭借其得天独厚的技术优势，越来越受到研究人员的重视。由于传感器节点自身的因素，存在着严重的能量约束。那么，如何在不影响功能的前提下，高效使用节点的能量，延长网络系统的生存期从而发挥传感器网络潜在的巨大价值，成为无线传感器网络路由协议设计的首要考虑因素。因此，节能的无线传感器网络路由协议具有重要的研究意义。
　　 本文主要对无线传感器网络中基于聚类的层次路由协议进行研究，在分析和探讨层次路由协议中几种针对性算法的基础上，借鉴其中的优秀思想，从能耗均衡的角度进行切入和研究，提出了一种基于聚类的，能耗均衡的层次路由协议EBCRS(Energy-balanced and Clustered Routing Scheme)。EBCRS在路由协议三段式(即聚首形成—聚类生成—节点路由)的基础上，在三个方面提出了改进思想与方法：
　　 1、聚首形成阶段，综合考虑节点的剩余能量和周围节点的分布情况，让具有最多剩余能量和最大连通度的节点拥有更多担任首领的机会，平衡了各节点能量的差异。该方法综合考虑节点剩余能量和节点密度，因此每一轮选举产生的聚首都具有局部最优的特质。
　　 2、聚类生成阶段，普通节点选择距离自己比较近，且链接数比较少的聚类首领加入。将节点与首领的距离和首领节点的链接数这两部分进行数值正规化，节点计算它们的加权平均值作为该节点加入聚类的代价。该聚类方法的出发点是能耗均衡，因此生成的聚类把网络划分得较为均匀。
　　 3、在数据路由阶段，利用模拟退火算法，基于首领节点的度约束和能耗代价，为每一个首领节点均衡地选择下一跳路由，避免“能量热点”问题。在数据路由过程中，为了减小节点远距离通信带来的能量开销，成员节点和首领通信采用单跳和多跳路由相结合的机制，聚类首领和基站通信依次通过每一个首领节点的下一跳路由到达目的地。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

1.1课题研究的背景和意义

1.2 WSN路由协议研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3本文的主要贡献

1.4本文的组织结构

第二章 WSN路由协议概述

2.1 WSN的体系结构

2.2 WSN路由协议的设计特点

2.3 WSN路由协议的设计要求

2.4 WSN路由协议的性能评价

2.5 WSN路由协议的分类

2.6本章小结

第三章 经典的聚类路由协议研究

3.1基于聚类的层次路由协议的步骤

3.2聚首形成算法研究

3.3聚类生成算法研究

3.4节点路由算法研究

3.4.1聚类内部路由算法研究

3.4.2聚类之间路由算法研究

3.5经典的基于聚类的层次路由协议介绍

3.5.1 LEACH协议

3.5.2 HEED协议

3.5.3 EECS协议

3.5.4 TEEN协议

3.6层次路由协议综合分析

3.7本章小结

第四章 能耗均衡的WSN聚类路由协议(EBCRS)

4.1能量模型

4.2 EBCRS算法介绍

4.3网络部署

4.4 EBCRS算法中聚首的形成

4.5 EBCRS算法中聚类的生成

4.6聚类内部节点路由

4.7聚首节点之间路由

4.7.1模拟退火算法的执行过程

4.7.2具有均衡度约束的多跳路由模型

4.7.3解空间表示与邻域变换

4.7.4降温进度表

4.7.5接受准则

4.8本章小结

第五章 EBCRS算法的性能及其仿真分析

5.1轮换周期T的取值

5.2仿真工具OMNET++4.0的介绍

5.3 EBCRS算法的仿真结果及分析

5.4 EBCRS算法的特点分析

5.5本章小结

第六章总结和展望

6.1论文总结

6.2未来展望

参考文献

致谢

研究生期间发表的论文

研究生期间参与的科研项目