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基于均匀分簇的无线传感网络路由协议研究

作　者: 刘芳
导　师: 聂云峰
学　校: 南昌航空大学
专　业: 计算机技术
关键词: 无线传感网络路由协议 GRID 均匀分簇数据查询四叉树 OMNeT++
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

作为21世纪最重要技术之一的无线传感网络（WirelessSensorNetwork,WSN），目前已成为国际上备受关注的热点研究领域。WSN融合传感技术、微电子技术、无线通信技术等多个技术领域，能够对监测区域的各种信息进行实时监测和采集，并对采集信息进行相应的分析处理。WSN是一种无中心节点的全分布系统，由大量部署在监测区域的传感器节点组成。由于网络节点数量众多，且节点的能量和计算能力有限，如何有效节约节点能量，平衡整个网络的负载，成为WSN路由协议研究的重点之一。本文对现有的几种典型均匀分簇路由协议和非均匀分簇路由协议进行对比分析，对均匀分簇路由协议GRID进行了较为深入的研究，针对GRID协议在簇头选取和路由策略的不足，提出一种新的簇间路由协议——Q-GRID。Q-GRID对网络覆盖区域进行四叉树划分与编码，改进GRID协议簇头节点选取缺陷，结合剩余能量和数据传输距离两方面因素，提出新的选择簇头节点的方法，路由上同样考虑剩余能量和传输距离，使网络耗能更均匀；基于Q-GRID协议基础上提出的空间查询算法，简化查询指令，减少网络中的数据传输量，节约网络能耗。本文在OMNeT++仿真工具上从网络总体能耗和网络节点存活数方面，对GRID和Q-GRID进行仿真对比。在网络总体能耗方面，随着仿真时间的推进，GRID协议和Q-GRID协议网络总体能耗值均呈上升趋势；但整个仿真过程中，GRID网络总体能耗值一直比Q-GRID网络总体能耗值大，平均高出约113%。当仿真时间进行到400s后，GRID协议上升幅度增大，网络总体能耗值最终停留在19.4GJ，Q-GRID协议则趋于平缓，网络总体耗能值最终停留在10.2GJ。在网络节点存活数方面，当仿真时间进行到325s时，GRID协议接近0；而Q-GRID在仿真时间进行到500s时才接近0。因此，Q-GRID在网络总体能耗和网络生命周期上更优于GRID。本文对WSN感知数据查询的过程、分类及优化进行较为深入的研究，并在Q-GRID协议的基础上提出一种新的面向WSN应用的空间查询算法。该查询算法有效利用Q-GRID中网格的四叉树划分、编码以及传感器节点的地址信息，对网络覆盖区域进行四叉树查询，简化查询指令，减少网络中的数据传输量。最后，使用OMNeT++仿真工具对新查询算法进行仿真测试，并对其性能进行分析。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章绪论  9-12
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 研究目的和意义  10
  1.3 文章组织结构  10-12
第2章无线传感网络路由算法研究现状  12-28
  2.1 路由协议的分类  12-13
  2.2 平面型路由协议  13-16
  2.3 层次型路由协议  16-20
  2.4 分簇路由协议的分类及对比分析  20-28
    2.4.1 均匀分簇路由协议  20-24
    2.4.2 非均匀分簇路由协议  24-27
    2.4.3 均匀分簇路由与非均匀分簇路由的对比分析  27-28
第3章基于均匀分簇思想的Q-GRID路由协议设计  28-49
  3.1 GRID协议简介  28-29
  3.2 GRID协议的详细描述  29-36
    3.2.1 网格的划分  29-31
    3.2.2 路径的搜索与建立  31-33
    3.2.3 路由维护  33-36
  3.3 对 GRID算法的改进  36-37
    3.3.1 GRID算法的不足  36-37
    3.3.2 GRID算法的改进方案  37
  3.4 Q-GRID协议算法设计  37-42
    3.4.1 算法的基本思路  37-38
    3.4.2 网格的四叉树划分与编码  38-40
    3.4.3 簇头的选取  40
    3.4.4 数据路由的构建  40-42
  3.5 Q- GRID算法性能分析  42-49
    3.5.1 算法的理论分析  42-43
    3.5.2 算法的OMNeT++仿真实验  43-49
第4章基于Q-GRID路由协议的查询优化  49-60
  4.1 感知数据查询  49-54
    4.1.1 数据的查询处理过程  50-51
    4.1.2 数据查询的分类  51-52
    4.1.3 数据查询优化技术  52-54
  4.2 基于Q-GRID的数据查询算法  54-56
    4.2.1 算法思想  54-56
    4.2.2 算法分析  56
  4.3 查询算法性能分析  56-60
第5章结论与展望  60-62
参考文献  62-65
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果  65-66
致谢  66-67

基于均匀分簇的无线传感网络路由协议研究

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