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基于最优簇首和多跳机制的高效分簇路由协议的设计与实现

作　者: 何国圆
导　师: 陈涤
学　校: 山东大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线传感器网络 路由协议 分簇机制 最佳簇数目 多跳
分类号: TN915.04
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


随着微传感器技术、嵌入式技术以及低功耗无线通信技术的快速发展,无线传感器网络引起了人们越来越多的关注。它是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观察者。无线传感器网络具有广泛的应用前景,能应用于国防军事、医疗卫生、环境监测、灾难现场等诸多领域。路由协议是无线传感器网络研究的核心技术之一,它解决的是数据如何在网络中进行传输的问题,它的性能与整个网络的性能密切相关。由于传感器节点的能量十分有限,一旦投放使用,将很难再补充能量,因此如何利用有限的能量,有效延长网络的生存期始终是一个关键问题。分簇路由协议通过对网络进行有效分簇和数据融合,能够大大减少网络中冗余信息的传递,从而有效提高网络性能,因此成为目前研究的一个热点。本文在对若干经典分簇路由协议分析的基础上,针对现有协议存在的问题和不足,提出了一种新的基于最优簇首和多跳机制的高效分簇路由协议,称之为OCHM协议,详细介绍了OCHM协议的设计方案和实现策略。新协议分两个阶段,在分簇阶段,能够根据网络中剩余节点个数来确定簇数目,使其一直保持最佳状态,并在簇首选择时充分考虑节点剩余能量和地理位置因素;在稳定传输阶段,采用改进的簇首间多跳路由机制而不是直接发送,通过距离和能量限制条件在所有簇首间挑选合理的中继转发簇首,并在转发过程中再次进行数据融合。这样,通过最优簇首选择和改进的多跳路由机制,有效的均衡节点能耗,降低通信代价,从而提高网络性能。仿真结果表明,与经典分簇路由协议相比,OCHM协议能够动态调整网络中的簇数目使其保持最佳状态,并使簇首在整个区域内均匀分布;有效平衡节点间开销,提高能量有效性,降低了网络整体能耗;延迟节点的死亡时间,从而明显提高了网络的生存期,并具有良好的鲁棒性和扩展性。

全文目录


摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
符号说明  11-12
第一章 绪论  12-15
  1.1 课题背景  12-14
  1.2 本文的主要工作及章节安排  14-15
第二章 无线传感器网络概述  15-27
  2.1 无线传感器网络简介  15-21
    2.1.1 无线传感器网络的体系结构  15-18
    2.1.2 无线传感器网络的特点  18-20
    2.1.3 无线传感器网络的应用  20-21
  2.2 无线传感器网络的研究进展  21-26
    2.2.1 无线传感器网络的发展历程  21-22
    2.2.2 无线传感器网络的关键技术  22-25
    2.2.3 无线传感器网络面临的挑战  25-26
  2.3 本章小结  26-27
第三章 无线传感器网络的分簇路由协议  27-39
  3.1 分簇路由协议概述  27-29
    3.1.1 路由协议简介  27
    3.1.2 路由协议设计要求  27-28
    3.1.3 分簇路由协议的特点和优势  28-29
  3.2 典型分簇路由协议  29-38
    3.2.1 LEACH协议  30-36
    3.2.2 LEACH-C和 LEACH-F协议  36
    3.2.3 HEED协议  36-37
    3.2.4 PEGASIS协议  37
    3.2.5 TEEN和 APTEEN协议  37-38
  3.3 本章小结  38-39
第四章 基于最优簇首和多跳机制的分簇路由协议  39-51
  4.1 问题的提出  39-40
  4.2 OCHM协议的设计  40-42
    4.2.1 无线模型  40-41
    4.2.2 网络模型  41
    4.2.3 协议概述  41-42
  4.3 OCHM协议中簇的建立  42-47
    4.3.1 最佳簇数目的计算  42-44
    4.3.2 基于最佳簇数目的“临时簇”划分  44-46
    4.3.3 基于能量和位置的最优簇首选择  46-47
    4.3.4 动态簇的形成  47
  4.4 OCHM协议中改进的多跳路由机制  47-50
  4.5 本章小结  50-51
第五章 协议仿真和性能分析  51-61
  5.1 仿真工具  51-53
  5.2 仿真环境  53-54
  5.3 OCHM协议性能分析  54-60
    5.3.1 性能评价指标  55
    5.3.2 仿真结果分析  55-60
  5.4 本章小结  60-61
第六章 总结与展望  61-62
  6.1 论文总结  61
  6.2 下一步工作  61-62
附录  62-64
参考文献  64-69
致谢  69-70
攻读硕士学位期间发表的学术论文和参与的工程项目  70-71
学位论文评阅及答辩情况表  71

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 通信网 > 一般性问题 > 通信规程、通信协议
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