基于能耗均衡的无线传感器网络路由协议的研究与改进

摘要

无线传感器网络是由大量低功耗传感器节点通过自组织的方式形成一种多跳的无线传感器网络。该网络可以对周围的自然环境进行监测，被广泛应用于工业、农业、军事、医疗等各个领域。但由于传感器节点能量有限，使得传感器网络的生存时间受限，所以如何在降低网络能耗的同时均衡能耗，从而高效的提高网络寿命是无线传感器网络路由协议设计面临的一个重要问题。　　本文以能耗均衡问题作为主要研究方向，将无线传感器网络路由协议作为研究对象，研究内容涉及平面和分簇路由协议两个方面。　　针对适用于小规模无线传感器网络的平面路由协议能耗不均衡的问题，本文提出了一种基于代价函数的能耗均衡链路式路由协议，该协议首先通过节点间信号广播为每个节点建立路由表，然后节点根据改进后的传输代价函数从路由表中选择最合适的下一跳转发节点。通过MATLAB实验结果表明，此协议与ACO路由协议相比，能更好的均衡网络负载，从而延长了网络的生存时间。　　针对适用于大规模无线传感器网络的分簇路由协议容易出现簇首过早死亡导致能量空洞的问题，在非均匀分簇的基础上，本文提出了一种基于虚拟力的能耗均衡分簇路由协议（ECFP协议），首先利用节点与Sink节点的最短跳数建立簇首竞争半径，根据簇首竞争半径选择剩余能量较高、链路质量较好的节点出任簇首，然后基于虚拟力模型进行入簇，最后簇首之间通过代价函数的计算来多跳将信息传输至Sink节点。在仿真实验中，将ECFP协议与最短路径路由协议和Ant-LEACH协议进行对比，验证了ECFP协议在数据传输过程中可以更加有效地利用能量，降低及均衡网络能耗，提高网络生存寿命。

目录

声明

1 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要内容和创新点

1.4本文的章节安排

2 无线传感器网络及其路由协议概述

2.1 无线传感器网络概述

2.2 无线传感器网络路由协议概述

2.3 本章小结

3 基于代价函数的能耗均衡链路式路由协议

3.1 相关研究

3.2 相关假设和模型

3.3 协议描述

3.4 实验结果分析

3.5 本章小结

4 基于虚拟力的能耗均衡分簇路由协议

4.1 相关研究

4.2 系统模型

4.3 协议描述

4.4 实验结果分析

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 展望

参考文献

致谢