基于数据收集的无线传感器网络路由协议的研究与改进

摘要

在无线通信技术、低功耗处理器和芯片制造技术飞速发展的今天，伴随着各种实际应用的需求，无线传感器网络应运而生了。由于它的低成本，适应性强，功能强大等特点，能够很大程度的提高我们对环境的监控能力，在军事，环保，生产，医药，智能空间等领域都具有广阔的应用前景。 国内外对无线传感器网络展开了广泛的研究，一是利用微机电系统技术设计小型化的节点设备；另一个就是协议栈的设计。从网络分层模型的角度来看，热点集中在网络层和链路层。人们曾一度认为成熟的Internet技术加上无线Ad-hoc网络路由机制对无线传感器网络的设计是足够充分的，然而深入的研究表明无线传感器网络与Ad-hoc网络有着明显的差别，因而需要在已有的基础上找出适合无线传感器网络的路由协议和链路层协议。 同时无线传感器网络节点供应能量的电池体型较小，运行环境恶劣，一旦布网能源无法代替，网络的能源问题无疑是限制网络技术应用的一个瓶颈。如何在给定节点能量的前提下充分发挥电源有效性，延长网络寿命，选择一种最优化的路由通信协议是一个关键问题，有着非常重大的意义。 考虑到上述的研究热点，本文即是从这几个方面出发，首先对现有的路由协议进行了介绍，简要分析了其在节省功耗，优化网络性能方面所采取的有效措施及优缺点；其次根据自己的认识阐述了路由协议应以应用为研究前提，为后续研究方便提出了另一种路由协议的分类即逐跳路由协议和基于数据收集的路由协议，并比较了两类路由协议的优劣；再次重点分析了基于数据收集的路由协议LEACH，TEEN，PEGASIS的工作原理和系统仿真设计(LEACH是一种自适应分簇的层次路由协议；TEEN是第一个针对于响应型的网络提出且发展起来的协议，利用特征门限制的设置对监测数据的收集进行了抑制；PEGASIS是改进LEACH成簇方式为成链数据收集的高效路由协议)，针对于LEACH选簇时随机数恶劣的问题提出了虚轮数强制成簇的改进算法，并在PEGASIS中第一次引入了睡眠机制；最后给出了数据收集路由协议的仿真实现，仿真结果并比较了各协议之间的性能。 论文的最后一部分还简单介绍了无线传感器网络在医疗系统中的应用，旨在为医院搭建智能的无线传感器网络，实现对病人的跟踪定位、病人信息的快速接入、以及网络路由自由配置等功能。

目录

文摘

英文文摘

独创性（或创新性）声明及关于论文使用授权的说明

第一章引言

第二章无线传感器网络路由协议

第三章数据收集路由协议的原理与系统仿真设计

第四章数据收集路由协议的仿真与比较

第五章基于无线传感器网络的医疗护理系统

第六章总结与展望

参考文献

致谢