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传感器网络聚类层次路由协议研究与实现

作　者: 刘琴
导　师: 王福豹
学　校: 西北工业大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 无线传感器网络 层次路由协议 EDCC TinyOS
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


无线传感器网络(WSN)是最近几年发展起来的一项新技术，它最早用于军事领域，如今的低成本传感器节点己经可以应用于空间探测、辐射检测、洪灾预警、农田管理、生物群落观测、机动目标跟踪、环境和气象监测、智能交通和智能家居等众多领域。无线传感器网络融合了传感器技术、嵌入式技术和网络通信技术等当今众多热门技术，其发展已被国务院写入了《国家中长期科学和技术发展规划纲要》，WSN将离我们越来越近。 无线传感器网络与传统网络通信技术有很多不同之处，研究如何优化网络层路由算法以降低节点能耗是其关键性问题之一。首先介绍了无线传感器网络体系结构和基本特征，在此基础上分析了节点能耗问题并研究了相应的能量有效技术；接着概述现有的平面、层次以及位置辅助路由协议或算法并做了必要的分析和比较；然后在全面分析簇划分算法的基础上，提出一种全新的基于连通度的分布式拓扑控制算法EDCC(an Effective Distributed Clustering Based on Connectivity)。有别于传统被动的簇选举算法，EDCC的基本思想是为每个节点设定一个初始衰减时间，每当接收到节点间的广播消息就将时间减去一定值。时间率先衰减到0的节点则主动成为簇头。为了避免时间同步问题对算法的影响，初始时间按照一定规律随机化。因此连通度越大的节点接收到的消息越多，成为簇头的可能性越大。不基于节点时间同步，主动的簇组织和簇维护机制是算法的重要特点。NS2平台上的仿真试验以及对试验结果的详细分析表明EDCC能对网络进行有效分割，适用于传感器网络；最后，在EDCC拓扑控制算法的基础上通过多跳实现簇头节点间以及簇头与Sink节点的连通，性能测试表明该层次路由协议能够在TinyOS操作系统和Mica2节点平台上正常工作。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
插图目录  8-9
表格目录  9-10
第1章 引言  10-14
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 传感器网络研究与应用现状  11-13
  1.3 论文的研究工作  13
  1.4 研究内容与论文组织  13-14
第2章 无线传感器网络及能量有效性问题  14-22
  2.1 无线传感器网络的体系结构和特征  14-17
    2.1.1 无线传感器网络体系结构  14-15
    2.1.2 无线传感器网络的特征  15-17
  2.2 无线传感器网络的能量有效问题  17-20
    2.2.1 硬件节点的能耗分析  17-19
    2.2.2 节点的能量有效技术  19-20
  2.3 小结  20-22
第3章 现有路由协议分析与比较  22-36
  3.1 路由特点及性能评价准则  23-24
  3.2 无线传感器网络路由协议分类  24
  3.3 平面路由协议  24-28
    3.3.1 四种平面路由协议概述  25-28
    3.3.2 四种平面路由协议的比较  28
  3.4 层次路由协议  28-31
    3.4.1 LEACH  29-30
    3.4.2 PEGASIS  30
    3.4.3 TEEN  30-31
    3.4.4 APTEEN  31
  3.5 位置辅助路由协议  31-35
    3.5.1 距离限制模型  32-33
    3.5.2 角度限制模型  33-34
    3.5.3 矩形受限域模型  34-35
  3.6 小结  35-36
第4章 EDCC分簇算法的设计与仿真  36-48
  4.1 分簇算法概述  36-37
  4.2 系统模型  37-38
  4.3 算法描述  38-41
    4.3.1 算法描述  38-39
    4.3.2 算法状态图及转移过程  39-41
  4.4 仿真与结果分析  41-46
    4.4.1 试验步骤  41-43
    4.4.2 试验结果及分析  43-46
  4.5 小结  46-48
第5章 基于簇的层次路由协议实现  48-64
  5.1 硬件平台介绍  48-49
  5.2 TinyOS操作系统  49-51
  5.3 编程语言概述  51-52
  5.4 EDCC基础上层次路由协议的实现  52-58
    5.4.1 层次路由协议设计  52-53
    5.4.2 数据结构设计  53-56
    5.4.3 功能模块划分  56-57
    5.4.4 总体配置策略及结构框图  57-58
  5.5 测试  58-64
    5.5.1 测试方案与测试环境  58-59
    5.5.2 路由协议演示系统设计  59-60
    5.5.3 测试项目和测试结果  60-64
结束语  64-66
参考文献  66-70
在校期间发表的论文  70-72
致谢  72-73

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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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