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无线传感器网络分簇路由协议及算法研究

作　者: 牛小娇
导　师: 曹立军
学　校: 山东大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无线传感器网络 MAC协议 路由协议 LEACH 仿真验证
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


无线传感器网络综合了微机电系统、传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等,在军事和商业等领域具有广阔的应用前景。但是与传统的计算机网络相比,无线传感器网络是一种资源受限的网络,网络节点的计算能力、存储能力和能量都非常有限,尤其是能量的受限,将直接限制无线传感器网络的运行周期。因此设计有效的策略延长网络的生命时间成为无线传感器网络的核心问题。本文针对无线传感器网络自身的特点,对分簇路由协议及算法进行了深入的研究,并通过仿真进行了验证和分析。主要研究内容包括：(1)阐述了无线传感器网络的研究现状及意义。对无线传感器网络的结构框架、自身特点、关键技术及应用做了细致和深入的介绍。(2)介绍了无线传感器网络中MAC协议设计应该满足的一些要求,对现有MAC协议按照基于竞争和基于固定分配的原则进行了分类。重点研究了几种典型的MAC协议,如：S-MAC协议、T-MAC协议和DEANA协议等。对各种典型MAC协议的工作过程及优缺点进行了详细的分析。(3)无线传感器网络路由协议研究：无线传感器网络的路由协议与传统的无线自组织网络的路由协议在设计要求和性能指标方面有明显的不同。从无线传感器网络路由协议的特点和设计要求入手,对现有的路由协议进行分析研究。按照不同的分类标准对典型路由协议进行分类,并对各种路由协议的工作过程和优缺点进行研究。(4) LEACH办议是为无线传感器网络设计的一种低功耗自适应分层路由协议,具有延长网络生命周期的特点。针对该协议在分群和通信过程中存在的问题,提出了一种基于LEACH协议的改进的分簇路由算法,新算法对簇首的选取和簇首与Sink之间的通信机制进行优化。通过Matlab对新协议进行仿真并与原LEACH协议进行比较,结果表明,改进后的新协议能够更好的均衡网络能耗、延长网络生命周期。本文最后还介绍了其它两种对LEACH协议改进的算法,阐述了优缺点,并与本文算法做出比较。

全文目录


摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第一章 绪论  11-14
  1.1 课题研究的背景及意义  11
  1.2 国内外研究现状分析  11-12
  1.3 论文研究内容及组织结构  12-14
第二章 无线传感器网络概述  14-21
  2.1 无线传感器网络的系统架构  14-17
    2.1.1 系统架构  14-15
    2.1.2 节点结构  15
    2.1.3 协议栈结构  15-17
  2.2 无线传感器网络的特点  17-18
  2.3 无线传感器网络的关键技术  18-19
  2.4 无线传感器网络的应用  19-21
第三章 无线传感器中现有MAC协议的分析  21-30
  3.1 MAC协议简介  21-22
  3.2 MAC协议研究现状  22-30
    3.2.1 基于竞争的MAC协议  22-26
    3.2.2 基于固定分配的MAC协议  26-30
第四章 无线传感器路由协议分析  30-42
  4.1 无线传感器网络路由协议概述  30-32
    4.1.1 无线传感器网络路由协议的特点  30-31
    4.1.2 无线传感器网络路由协议的设计要求  31-32
  4.2 无线传感器网络路由协议的分类  32-34
  4.3 现有典型无线传感器网络协议介绍和分析  34-42
    4.3.1 洪泛(Flooding)路由协议和闲聊(Gossiping)路由协议  34-35
    4.3.2 SPIN协议  35-36
    4.3.3 DD协议  36-37
    4.3.4 LEACH协议  37-38
    4.3.5 PEGASIS协议  38-39
    4.3.6 TEEN协议  39-40
    4.3.7 GEAR协议  40-42
第五章 基于LEACH协议的研究与改进  42-56
  5.1 无线传感器网络的能量模型  42-43
  5.2 LEACH协议簇首选择机制  43
  5.3 簇首的最佳个数  43-45
  5.4 LEACH协议存在的问题  45-46
  5.5 对LEACH协议的改进  46-50
    5.5.1 对簇首选择的改进  46-49
    5.5.2 对簇间路由的改进  49-50
  5.6 仿真验证及性能分析  50-53
  5.7 多种改进算法的比较  53-56
    5.7.1 EEHRP算法  53-54
    5.7.2 一种基于能量和位置的LEACH协议优化  54-56
第六章 结束语  56-57
参考文献  57-60
致谢  60-61
攻读硕士学位期间发表的学术论文  61-63
学位论文评阅及答辩情况表  63

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 传感器的应用
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