无线传感器网络高效节能成簇路由算法研究

摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是大量的传感器节点以无线通信方式所组成的一个自组织网络系统。路由算法作为网络数据传输的关键部分，对网络性能的影响十分重大。
　　本文对无线传感器网络中的路由协议进行了分类，并对几种经典的路由协议进行了深入的比较和分析，在此基础上，设计出了一种有效利用能量的分簇路由算法EERP，其主要创新点如下：
　　1．建簇阶段：综合考虑了节点的剩余能量、邻居节点平均剩余能量、节点与邻居节点间的距离等因素，并将这些因素统一于定时器衡量；使得具有高能量且离周围邻居节点近的节点定时时间先到，从而优先成为簇头；进一步采用“新生簇头在广播半径r内广播簇头消息—收到者放弃簇头竞争”机制，保证簇头合理分布并降低网络整体能耗。
　　2．簇间路由阶段：采用多跳传输方式，避免节点直接与汇聚节点Sink远距离通信而导致节点能量不均等的快速消耗，从而使得网络能量分布不均匀。本文在每个簇头节点设置路由表，簇头基于路由表计算转发因子R，根据转发因子择优选择下一跳路由节点。由于转发因子R综合考虑了节点的剩余能量、节点间的距离、节点数据传输方式等因素，保证了多跳路由过程中的节点能量均衡，较好的延长了网络的生存时间。
　　本文将EERP与经典算法LEACH进行了仿真分析，仿真结果表明：EERP在簇头的稳定度、网络的生存时间、网络总能量消耗、汇聚节点Sink所收到的数据包数量、节点能耗均衡性这几方面都表现出了较好的性能，但 EERP的数据包时延较大且不稳定，是需进一步改进的工作方向。

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第一章 绪 论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要工作

1.4 本论文的结构安排

第二章 无线传感器网络现有路由协议分析与比较

2.1 无线传感器网络路由协议分类

2.2 几种经典的无线传感器网络路由算法

2.3 本章小结

第三章 高效节能分簇路由协议的设计

3.1 网络模型

3.2 能量模型

3.3 临界距离内的单跳与多跳

3.4 设计目标

3.5 EERP基本思想

3.6 簇形成过程

3.7 簇间路由

3.8 数据传输

3.9 EERP协议分析

3.10 本章小结

第四章 算法仿真及性能分析

4.1 仿真环境

4.2 仿真结果分析

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文的主要贡献

5.2 下一步工作的展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果