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能量高效均衡的非均匀分簇动态路由的研究
作 者: 刘超
导 师: 侯华
学 校: 河北工程大学
专 业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络 能量空洞 跨层模型 非均匀分簇 动态路由
分类号: TN929.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
随着现代无线通信技术、片上系统的发展,由大量具有自组织能力的传感器节点构成的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)被广泛的应用于社会的各个领域中,对现代社会带来了方便。无线传感器网络中的传感器节点通过协作感知的方式实时监测和采集监测环境中所需要的数据,随后以单跳或者多跳的传输方式将这些采集数据发送至Sink节点。但是由于无线传感器网络中的传感器节点能量的局限性,数量也非常庞大,而且这些传感器节点一般布设在环境相对较恶劣的监测区域中,这样将导致传感器节点难以维护与更换。然后传感器节点过多死亡意味着无线传感器网络难以继续监测环境中的信息。所以,无线传感器网络不同于传统无线网络,许多传统网络中的技术难以再继续应用于无线传感器网络中。而路由协议作为无线传感器网络中的一个核心技术,更是需要研究者去开发和实现。因此如何设计一个适用于无线传感器网络能量特性、一个能量高效均衡的无线传感器网络路由协议是无线传感器网络急需解决的问题。路由协议作为无线传感器网络的核心技术之一,对无线传感器网络的性能有着极大的作用。一个好的无线传感器网络路由协议需要合理分配传感器节点中无线通信模块的工作时段来提高网络的生命周期和性能。本文根据现有的无线传感器网络路由协议所面临的能量高效以及能量空洞问题,通过建立跨层模型,对非均匀分簇算法进行研究,主要成果如下:(1)分析了无线传感器网络路由协议设计的重要性,对现有路由协议分类进行论述,并且重点分析了无线传感器网络经典的层次性路由LEACH协议,提出了其不足之处;(2)对现有无线传感器网络跨层设计思想的重要性进行分析,并且论述了网络中各个层次对无线传感器网络性能的作用,为之后无线传感器网络的跨层模型设计提供理论基础。(3)针对无线传感器网络中出现的能量空洞现象进行论述,并对现有采用非均匀分簇思想以解决能量空洞问题的路由协议进行分析以及分析其路由协议所存在的不足之处。(4)提出一种新型的无线传感器网络跨层模型,通过对网络层、数据链路层以及物理层等各层之间的联系进行分析,解释网络各层参数对其它层以及对网络性能和生存周期的影响,并且解释在不同的实际监测环境中,合理的选择网络各层次之间的参数共享,有效的提高无线传感器网络各方面性能。(5)基于能量高效均衡思想,提出一种新的非均匀分簇路由算法。通过对单个节点能量消耗模型的分析,得出能量模型中的参数,并且结合单跳和多跳路由的特性,依概率的选择下一跳中继节点,均衡网络能耗,延长了网络的生存周期。随后通过构建非均匀簇的网络拓扑结构,较好的解决了无线传感器网络中产生的能量空洞问题。
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全文目录
摘要 5-7 Abstract 7-11 第1章 绪论 11-22 1.1 研究背景 11-17 1.1.1 无线传感器网络研究的背景与意义 11-12 1.1.2 无线传感器网络的基本概念,体系结构及其特点 12-16 1.1.3 无线传感器网络路由协议设计的重要性及挑战 16-17 1.2 国内外研究概况 17-20 1.3 本文的工作 20-21 1.4 本章小结 21-22 第2章 无线传感器网络跨层非均匀分簇路由协议分析 22-28 2.1 无线传感器网络跨层设计分析 22-24 2.1.1 跨层设计的提出 22 2.1.2 跨层设计的分析 22-24 2.2 无线传感器网络非均匀分簇分析 24-26 2.2.1 非均匀分簇的提出 24 2.2.2 非均匀分簇的解决方案 24-26 2.3 本章小结 26-28 第3章 无线传感器网络跨层参数模型的设计 28-37 3.1 跨层模型设计与分析 28-32 3.1.1 跨层模型的研究背景 28-29 3.1.2 跨层模型的设计 29-32 3.2 跨层模型的仿真试验分析 32-36 3.2.1 仿真试验条件 32-33 3.2.2 网络节点密度对能耗的影响 33-34 3.2.3 信道干扰对网络能耗的影响 34-35 3.2.4 网络信息速率对网络能耗的影响 35-36 3.3 本章小结 36-37 第4章 基于非均匀分簇的动态路由算法 37-50 4.1 算法的详细设计 37-42 4.1.1 网络模型 37-38 4.1.2 均匀间隔的同心圆网络拓扑模型 38-39 4.1.3 δ的选取范围 39-40 4.1.4 各环最优簇首个数 40-41 4.1.5 簇首的竞争半径 41-42 4.1.6 路由树的建立 42 4.2 算法描述 42-44 4.3 复杂度分析 44-45 4.4 仿真结果和分析 45-49 4.4.1 节点个数 N 和区域半径 R 的影响 45-46 4.4.2 单跳和多跳相结合通信方式的算法性能 46 4.4.3 网络生存周期的对比 46-47 4.4.4 簇首个数的对比 47-48 4.4.5 各算法簇首能耗对比 48-49 4.5 本章小结 49-50 结论 50-52 致谢 52-53 参考文献 53-57 作者简介 57 攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况 57-58
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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