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具有能量效率的无线传感器网络路由协议研究

作　者: 郑伟
导　师: 张载龙
学　校: 南京邮电大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络 路由协议 能量效率 网络生存时间
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


目前无线传感器网络,简称WSN(Wireless Sensor Network)作为物联网领域一个热点的研究分支,引起了学术界和工业界的高度重视,被认为是将对本世纪产生巨大影响力的技术之一。由于无线传感器网络节点计算能力和能量的限制,路由协议成为该领域研究的重要议题。合理的路由技术可以有效节约能源、均衡能耗,从而提高网络系统寿命和最大程度地发挥无线传感器网络的功能。因此为无线传感器网络设计高效的具有能量效率的路由协议显得至关重要。深入研究和分析了现有WSN路由协议。在分层路由协议方面重点研究了具有代表性的LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy,低能耗自适应分簇)协议,并且在前人改进方案的基础上,提出了自己的改进算法LEACH-E。该算法对LEACH协议的簇首选举作了优化。同时,算法使用了单跳与多跳相结合的数据转发方式,利用了适当的权值函数来选择下一跳。性能分析和NS仿真结果表明:LEACH-E算法与LEACH相比,具有更好的适应性,使得节点能耗更加均衡,具有更长的网络生存时间。另外,提出了一种全新的平面路由协议SEBR(Simple And Energy Balancing Routing In Wireless Senor Network,简单能耗均衡路由协议)。该协议具有简单、一次融合、能量有效性等特点。分别从路由初始化、数据转发、数据融合、异常处理几个阶段对SEBR协议作了介绍。通过与DD(Directed Diffusion,定向扩散)、MCF(Minimum Cost Forwarding Approach,最小代价转发)协议的性能对比以及NS仿真分析,结果表明:SEBR协议在吞吐量、平均能量消耗和网络平均生存时间方面具有较优的性能。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章 引言  8-11
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 研究目的和意义  9-10
  1.3 课题主要工作和结构安排  10-11
第2章 无线传感器网络路由协议相关研究  11-21
  2.1 无线传感器网络概述  11-13
    2.1.1 无线传感器网络概念  11
    2.1.2 无线传感器网络体系结构  11-13
  2.2 无线传感器网络路由协议特点及要求  13-14
  2.3 无线传感器网络路由协议综述  14-19
    2.3.1 平面路由协议研究进展  15-17
    2.3.2 分层路由协议研究进展  17-19
  2.4 未来发展方向  19-20
  2.5 本章小结  20-21
第3章 分簇路由协议LEACH研究  21-37
  3.1 LEACH 协议存在的问题  21-22
  3.2 LEACH-E 协议网络模型  22-23
    3.2.1 LEACH-E 协议实现的前提条件  22
    3.2.2 LEACH-E 协议使用的能耗模型  22-23
  3.3 LEACH 协议改进  23-31
    3.3.1 簇首选举的改进  24-28
    3.3.2 簇类形成  28-29
    3.3.3 数据转发方式的改进  29-31
  3.3 性能分析  31-34
    3.3.1 T(n)值的计算分析  32
    3.3.2 多跳传输分析  32-34
  3.4 仿真实验  34-36
    3.4.1 仿真场景和参数  34
    3.4.2 性能评价指标  34-35
    3.4.3 仿真结果分析  35-36
  3.5 本章小结  36-37
第4章 无线传感器网络平面路由设计  37-51
  4.1 SEBR 协议介绍  37-39
    4.1.1 SEBR 协议的网络模型  37-38
    4.1.2 SEBR 协议特点  38
    4.1.3 SEBR 协议组成  38-39
  4.2 SEBR 协议设计  39-47
    4.2.1 SEBR 报文设计  39-40
    4.2.2 路由初始化阶段  40-42
    4.2.3 数据转发过程  42-46
    4.2.4 数据融合  46-47
    4.2.5 异常情况处理  47
  4.3 性能分析  47-48
    4.3.1 DD 与SEBR 比较  47
    4.3.2 MCF 与SEBR 比较  47-48
  4.4 仿真实验  48-50
    4.4.1 平均能量消耗  49
    4.4.2 网络生存时间  49-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章 总结与展望  51-53
致谢  53-54
参考文献  54-58
发表论文  58

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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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