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无线传感器网络分布式节能路由算法

作　者: 刘文伟
导　师: 朱艺华；丁维龙
学　校: 浙江工业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络能量洞节能生存时间分簇路由
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 59次
引　用: 1次
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内容摘要

近年来,随着嵌入式计算、传感器和现代通信等技术的飞速发展和日益成熟,使得由各种低成本、低能耗、多功能的微型传感器组成的无线传感器网络被广泛应用于国防军事、环境监测、抗灾救灾等领域。由于无线传感器网络中的节点一般采用电池供电,并且通常部署于恶劣甚至危险的环境中,对它们进行电源补充非常困难,因此,设计能量有效的路由算法以延长网络生存时间是无线传感器网络研究领域的一个重要课题。基于簇的路由(Cluster-based Routing)是无线传感器网络中一种重要的能量有效的路由协议。在现有基于簇的路由协议中,簇头节点与基站(Sink节点)之间存在两种通信模式:单跳和多跳。在这两种通信模式下,簇头节点间长距离通信以及与Sink节点临近的节点转发其它节点数据消耗能量过大等因素,会造成“能量洞问题”(Energy hole problem),从而使得这些能量空洞区域不能继续执行监测任务,导致网络过早死亡,从而浪费大量剩余能量。为了克服与缓解能量洞问题,本文提出了一种新的基于簇的路由协议——基于网格的隔层传输的路由算法GRACT(Grid-based Routing Algorithm with Cross-level Transmission)。GRACT有以下优点:(1)将感知区域分成层(level)和网格(Grid),每个网格内的节点通过竞争的方式选出唯一的簇头节点,降低了选举簇头节点的控制消息开销和处理时间;(2)采用隔层传输这一特殊的多跳传输模式来均衡簇头节点的能耗,每个簇头节点按比例P将其数据分组传给更靠近基站的邻层簇头节点,而将剩余的分组(即比例1-P)传送给隔层簇头节点。此外,本文为GRACT建立了性能分析与优化模型,提出并解决了两个优化问题(称之为GRACT-Ⅰ和GRACT-Ⅱ)以最小化网络总能耗和最大化网络生存时间。最后,通过仿真实验验证GRACT在节约能耗,延长网络生存时间等方面的效果。本文的研究成果,可以应用于无线传感器网络。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-13
  1.3 本论文的主要内容及创新之处  13-15
第2章无线传感器网络及其路由能量洞问题  15-26
  2.1 无线传感器网络  15-20
    2.1.1 无线传感器网络的系统结构  15-16
    2.1.2 无线传感器网络的协议栈  16-17
    2.1.3 无线传感器网络的特点  17-18
    2.1.4 无线传感器网络的性能评价  18-19
    2.1.5 无线传感器网络的应用  19-20
  2.2 无线传感器网络的路由及能量洞问题  20-26
    2.2.1 无线传感器网络的路由  20-22
    2.2.2 能量洞问题  22-26
第3章无线传感器网络中基于簇的路由协议  26-38
  3.1 基于簇的路由协议基本原理  26-29
  3.2 基于簇的路由协议分类  29-37
    3.2.1 产生随机数方式  29-31
    3.2.2 迭代方式  31-32
    3.2.3 竞争方式  32-35
    3.2.4 基于层(Level)和时间方式  35-36
    3.2.5 其它基于簇的路由协议  36-37
  3.3 基于簇的路由协议总结  37-38
第4章 GRACT路由协议  38-50
  4.1 问题阐述  38-39
  4.2 系统模型  39-40
    4.2.1 网络模型  39
    4.2.2 能耗模型  39-40
  4.3 GRACT算法  40-45
    4.3.1 CH的选举算法与成簇  41-42
    4.3.2 簇间多跳路由  42-45
  4.4 GRACT的性能分析及优化  45-50
    4.4.1 GRACT的特征属性  45-46
    4.4.2 性能分析及优化  46-50
第5章仿真实验及分析  50-57
  5.1 系统参数的设置  50
  5.2 GRACT参数的设置  50-55
    5.2.1 GRACT-I参数的确定  50-53
    5.2.2 GRACT-II参数的确定  53-55
  5.3 与EEUC的性能比较  55-57
第6章结束语  57-59
  6.1 论文总结  57
  6.2 未来展望  57-59
参考文献  59-63
致谢  63-64
攻读学位期间参加的科研项目和成果  64

无线传感器网络分布式节能路由算法

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