基于分簇的无线传感网可生存性优化研究

摘要

无线传感器网络近些年获得了很多关注，它们具有开发大量效益可观的应用的潜力，其已经可以用于诸如灾难管理，智能监视和边界安全等多个领域。在这些应用中，需要无人值守并且独立工作的传感器节点的集合。无线传感器网络中最大的缺陷是节点能量不足，可生存性是衡量网络服务质量的主要性能。分簇是在可生存性的前提下，为实现更好地利用节点的重要技术，这也有助于在网络中获得更好的负载分布。本文针对分簇算法及数据传输协议进行了优化，主要工作如下:
　　(1)针对LEACH算法中簇头能量消耗过快的缺陷，提出一种基于分组的无线传感网可生存性多轮分簇算法LEACH-G，在分簇过程中采用分组的策略，利用信标节点signpost，在簇头选出之前承担通信任务，均衡整个网络能耗，并在簇头选取阈值中引入节点与基站之间的距离以及能量参数，可以降低10％-15％的网络能耗。
　　(2)针对无线传感器网络分簇后数据在传输过程中易丢失以及传输路径的缺陷，提出了一种基于分组的无线传感网可生存性数据传输协议GCDT。通过计算数据包可达概率，将原始数据包分组，对数据进行加密设计，保证数据在传输前的完整性;建立簇头与基站间的多路径，并对多路径进行优化设计，确保分组数据包的可靠传输。与目前的可生存路由相比，GCDT协议的丢包率可降低约15％～28％，有效的提高数据传输的可靠性和网络可生存性。
　　(3)为了评估所提协议的性能，利用MATLAB7.0在相同条件下仿真所提协议与已提出的可生存路由协议，根据已有的标准数据设置传感器节点个数及仿真实验场景参数（如节点数量、节点初始能量节点信息比特数等）。从网络生存时间、丢包率和平均能耗等方面仿真对比算法性能及效果，从而验证无线传感网分簇、数据传输及降低能耗的研究方案。

目录

声明

摘要

1．1 论文的选题背景

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要研究内容

1．4 本文的章节安排

2 无线传感器网可生存性及分簇问题概述

2．1 无线传感器网络体系结构

2．1．1 无线传感器网络节点

2．1．2 无线传感器网络结构

2．1．3 无线传感器网络协议栈

2．1．4 无线传感器网络MAC协议

2．1．5 无线传感器网络的应用

2．2 可生存性简述

2．3 分簇简介

2．4 常见分簇算法

2．4．1 LEACH算法概述

2．4．2 其他常见分簇算法

2．5 常见数据传输算法

2．6 本章小结

3 基于分组的无线传感网可生存性多轮分簇算法

3．1 模型建立

3．1．1 网络模型

3．1．2 能耗模型

3．1．3 簇头选举概率

3．2 LEACH-G算法分析

3．2．1 存在条件

3．2．2 步骤分析

3．3 仿真及结果分析

3．3．1 仿真环境

3．3．2 仿真结果分析

3．4 本章小结

4 基于分组的无线传感网可生存性分簇数据传输协议

4．1 数据传输模型

4．2 能耗模型

4．3 GCDT协议分析

4．3．1 数据包分组阶段

4．3．2 数据传输保密设计

4．3．3 多路径建立阶段

4．3．4 多路径优化方法

4．4 仿真及结果分析

4．4．1 仿真环境

4．4．2 仿真结果分析

4．5 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介