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无线传感器网络的能耗均衡路由算法研究

作　者: 肖球
导　师: 胡峰松
学　校: 湖南大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 无线传感器网络 WSN LEACH 负载均衡 分簇路由 NS2仿真
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 4次
引　用: 0次
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内容摘要


无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)是由大量具有感知、信息采集、数据处理以及无线通信等功能的传感器节点组成的自组织分布式网络。近年来，无线传感器网络的应用越来越广泛，如何提高能量的利用效率、均衡网络能耗以及延长网络的生命周期一直是研究者们关注的热点。路由协议作为影响节点能量消耗的重要方面，其性能的好坏很大程度上决定了网络的性能。因此，研究高效、能耗均衡的路由算法对推动无线传感器网络的发展具有很强的理论和现实意义。本文在分析了现有各种典型无线传感器网络路由协议的基础上，选择最具代表性的基于分簇思想的层次路由协议为主要研究对象，详细分析了层次路由协议的基本原理及特点，并在此基础上总结了低功耗、高效的能耗均衡路由算法的设计要求。具体来说，本文的主要工作如下：（1）提出了一种基于链路的能耗均衡多跳路由算法(MRECB)。针对LEACH协议的簇头选举算法具有极大的随机性、缺乏对节点能量以及地理位置等因素考虑的问题，通过修改阈值函数得到了一种新的充分考虑了节点能量以及地理位置等因素的簇头选举策略，确保选出的簇头节点具有足够的能量并且位置分布更为合理，从而形成更优的簇结构。针对LEACH协议中簇头与基站远距离直接通信导致网络扩展性不强以及簇头能耗过大的问题，结合PEGASIS协议节点成链思想，提出了一种基于权值的簇头成链多跳路由模型，通过采用簇间单跳和簇间多跳相结合的通信方式，减少远距离通信时的能量开销，提高了能量的利用率，同时网络的扩展性也得以加强。仿真结果表明，MRECB算法具有较好的能量利用效率，能有效延长网络的寿命。（2）提出了一种基于时间竞争的非均匀分簇路由算法(UCTC)。目前已存在的大部分分簇路由协议都是基于同构假设条件而提出来的，在实际应用中具有很大的局限性，UCTC算法将节点的能量转为为延迟时间，采用基于时间竞争的机制来选举簇头，使得能量较高的节点优先参与簇头的选举；另外，为了解决基于多跳通信方式的分簇路由协议的“热区”问题，UCTC算法在簇的构建过程中采用非均匀分簇的方式来构建规模不同的簇结构以均衡负载。实验结果表明，UCTC算法很大程度上避免了“热区”现象的出现，有效的均衡了整个网络的负载。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
插图索引  10-12
附表索引  12-13
第1章 绪论  13-18
  1.1 研究背景及意义  13-14
  1.2 国内外研究现状  14-15
  1.3 本文的主要工作  15-17
  1.4 本文的组织结构  17-18
第2章 相关知识概述  18-34
  2.1 无线传感器网络系统架构  18-20
    2.1.1 无线传感器网络体系结构  18-19
    2.1.2 传感器节点结构  19-20
  2.2 无线传感器网络的特点  20-21
  2.3 关键技术介绍  21-24
  2.4 无线传感器网络的应用  24-25
  2.5 无线传感器网络路由协议概述  25-32
    2.5.1 平面路由协议  25-28
    2.5.2 层次路由协议  28-32
  2.6 典型路由协议性能比较  32-33
  2.7 小结  33-34
第3章 基于链路的能耗均衡多跳路由算法  34-52
  3.1 问题描述  34
  3.2 基本思想  34-35
  3.3 网络模型和能量模型  35-36
    3.3.1 网络模型  35-36
    3.3.2 能量模型  36
  3.4 MRECB算法的描述  36-42
    3.4.1 最佳簇头数确定  36-38
    3.4.2 簇头选举策略  38-39
    3.4.3 簇间链路的建立  39-41
    3.4.4 能耗分析  41-42
  3.5 MRECB算法具体实现  42-44
  3.6 仿真实验及分析  44-51
    3.6.1 仿真场景及参数  44-45
    3.6.2 实验结果及分析  45-51
  3.7 小结  51-52
第4章 基于时间竞争的非均匀分簇路由算法  52-61
  4.1 问题描述  52-53
  4.2 基本思想  53-54
  4.3 UCTC算法的实现  54-57
    4.3.1 相关函数定义  54
    4.3.2 基于时间竞争的簇头选举机制  54-55
    4.3.3 非均匀簇结构的形成  55-56
    4.3.4 路由树的建立  56-57
  4.4 仿真实验及分析  57-60
    4.4.1 仿真场景及参数  57
    4.4.2 实验结果及分析  57-60
  4.5 小结  60-61
结论  61-63
参考文献  63-67
致谢  67-68
附录A 攻读学位期间发表的论文  68

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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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