无线传感器网络中高效可靠的分簇管理算法

摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是现代互联网技术发展到一定阶段的必然产物，是人类获取信息的重要手段。它是由成千上万的廉价的传感器节点，随机的分布在被检测区域，节点利用自身的感应设备感知信息，感知到的信息在通过节点形成的网络传输到sink节点，在利用互联网发送到数据处理中心。目的就是获取监测对象的信息，根据信息对目标区域进行分析判断和处理操作。由于无线传感器节点成本低、结构简单、易于部署，并且无线传感器网络可以在独立的环境下运行，因此无线传感器网络被广泛应用于各种等恶劣环境中，特别是人类难以到达的地方。无线传感器节点是一个独立的个体，节点能源是由自身携带的电池所提供，因此节省能耗尤为重要。在网络中，路由协议主要作用是优化路径。因此路由协议在节省能耗上起着重要的作用，设计一个性能优良的路由协议尤为重要。
　　为了提高无线传感器网络高效可靠的分簇管理，本文详细分析了分簇路由算法，提出了COORD算法。该算法以sink为原点，按照一定的规则建立一个节点坐标信息表。sink节点在依据坐标信息表确定每个节点坐标，并且根据平均密度划分子区域。当子区域划分以后，在子区域中选举簇首，选举簇首时加入节点剩余能量作为选举参数之一。通过试验得出，COORD协议在簇首分布和节点能耗上都要比LEACH协议和TEED协议表现优良。另外，我们对分簇骨干网络局部故障下的转发协议也提出了改进方案。无线传感器网络中的节点一般都是随机投放的，而且节点在工作过程中会随着能源耗尽而死亡，因此节点密度逐渐减小，从而会出现路由中断现象。基于以上问题，本文提出了“游标复制机制”解决方案。该方案首先是簇首节点发现自己处于路由故障时，设置游标信息sign=-1并进行广播出去，接收到信息的临近节点对游标信息进行复制，并找出路由中断链或树中的节点，链中节点根据反馈信息重新寻找路径，并且反馈给下一跳节点直到找到路由中断节点。最后根据重新找到的路径进行数据传输。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 论文研究背景和意义

1．1．1 论文研究背景

1．1．2 论文研究意义

1．2 论文研究目的

1．3 论文研究内容和方法

1．4 论文组织结构

2 相关研究

2．1 分簇路由协议概述

2．2 分簇路由协议研究现状

2．2．1 分簇路由协议设计要求

2．2．2 分簇路由协议分类

2．2．3 分簇路由协议各阶段研究

2．2．4 分簇路由协议常见问题研究

2．3 经典分簇路由协议

2．3．1 LEACH协议

2．3．2 PEGASIS协议

2．3．3 TEEN协议

2．3．4 HEED协议

2．3．5 SOP协议

2．4 经典分簇路由协议比较

2．5 小结

3 基于位置信息的分簇算法

3．1 低功耗自适应分簇算法研究

3．1．1 低功耗自适应分簇算法概述

3．1．2 低功耗自适应分簇算法分析

3．1．3 LEACH的能量模型

3．2 基于位置信息的分簇算法

3．2．1 COORD算法的描述

3．2．2 COORD算法的基本思想

3．2．3 COORD算法的性能分析

3．3．1 簇首分布比较

3．3．2 网络能耗比较

3．4 小结

4 簇首骨干网络局部故障下的转发协议

4．1 局部故障下常见的解决方案

4．2 游标复制机制的研究

4．2．1 游标复制算法概述

4．2．2 游标复制算法原理

4．3 性能分析

4．4 仿真实验分析

4．4．1 不同网络范围下路由中断节点重新恢复路由能耗

4．4．2 不同网络范围下路由中断到恢复时延比较

4．5 小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期问主要科研成果