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一种面向能耗均衡的WSN分簇路由算法的研究

作　者: 张瑶
导　师: 金可音
学　校: 湖南工业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络 能耗均衡 分簇路由协议 多跳
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 58次
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内容摘要


无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是21世纪最具影响力的新兴技术之一，因其应用前景广阔备受各国重视。在WSN内部分节点承担了更多的数据转发任务，造成网络能耗分布不均，引发能量空洞现象。能量空洞的出现最终导致网络中断，当网络停止工作时，网内仍存留大量能量未被利用。因此，如何均衡网络能耗负载是WSN路由机制的研究热点。本文提出一种面向能耗均衡的WSN分簇路由算法(global energybalanced routing algorithm， GEBR)算法，主要内容包括簇构建过程和簇间路由建立过程设计：1.本文提出的面向网络能耗均衡的簇算法的主要工作包括：推导WSN中最佳簇首个数，优化簇首占节点总数比例p值；节点根据自身剩余能量与节点平均能量之比、节点到基站距离与节点距离基站的平均距离之比、当轮簇首比例p等参量调节阈值T(n)，降低能量低或距离远的节点当选簇首的概率；基站集中计算各簇的最佳簇半径，簇首根据各自的最佳簇半径划分簇区，达到控制簇规模的目的；标记未加入簇的节点为冗余节点，减少处于工作状态的传感器节点数。2.本文提出的簇间路由算法以均衡网络能耗为主要目标、兼顾降低网络总能耗。本文通过基站集中的自上而下构造路由树来构造数据传输路径。在网络运行的每轮过程中，基站根据各个簇的规模和簇首到基站距离挑选节点相对密集、传输能耗小的簇首为“超簇首”。其他簇首根据邻居簇的簇成员规模和簇间距离选择节点密集、传输能耗少的簇首作为下一跳。本文最后利用仿真工具OMNeT++4.1对GEBR算法进行仿真分析，并与LEACH、LEACH-C、EEUC算法从网络能耗、网络负载均衡性、网络存活节点数三方面进行对比分析。实验结果表明GEBR算法能够更好地均衡网络能耗负载，降低网络能耗，达到了延长网络寿命的目的。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 研究背景、目的及意义  10-11
    1.1.1 研究背景  10
    1.1.2 研究目的及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
    1.2.1 WSN 发展与应用  11-12
    1.2.2 分簇路由机制研究综述  12-13
  1.3 论文结构  13-14
第二章 相关知识概述  14-25
  2.1 无线传感器网络概述  14-17
    2.1.1 WSN 体系结构  14-15
    2.1.2 WSN 的特征  15-17
  2.2 WSN 路由机制概述  17-20
    2.2.1 WSN 路由机制综述  17-19
    2.2.2 路由算法设计的关键问题  19-20
  2.3 能量空洞  20-24
    2.3.1 定义  20
    2.3.2 形成原因  20-22
    2.3.3 解决方案  22-24
  2.4 本章小结  24-25
第三章 面向能耗均衡的簇构建算法  25-37
  3.1 问题背景  25-26
  3.2 关键问题解决方案  26-32
    3.2.1 整体思路  26
    3.2.2 节点工作状态的设定、转换  26-27
    3.2.3 最佳簇首数和簇规模控制  27-31
    3.2.4 簇首选举优化算法  31-32
  3.3 簇构建算法描述  32-36
    3.3.1 簇构建流程  32-35
    3.3.2 算法伪代码  35-36
    3.3.3 算法复杂度  36
  3.4 本章小结  36-37
第四章 面向能耗均衡的簇间路由算法  37-44
  4.1 问题背景  37-38
  4.2 整体思路及解决方案  38-40
  4.3 簇间路由算法描述  40-43
    4.3.1 簇间路由构造过程  40-42
    4.3.2 算法伪代码  42-43
    4.3.3 算法复杂度  43
  4.4 本章小结  43-44
第五章 仿真实验与性能分析  44-61
  5.1 仿真平台  44-45
    5.1.1 各种仿真平台及比较  44
    5.1.2 仿真平台的选择  44-45
  5.2 网络模型  45-46
    5.2.1 能量模型  45
    5.2.2 网络模型设置  45-46
  5.3 实验过程  46-49
    5.3.1 实验流程  46
    5.3.2 实验文件结构图  46-47
    5.3.3 仿真过程图  47-49
  5.4 实验结果分析  49-60
    5.4.1 网络能量消耗  49-55
    5.4.2 负载均衡性  55-59
    5.4.3 存活节点数  59-60
  5.5 本章小结  60-61
第六章 总结与展望  61-63
  6.1 工作内容  61
  6.2 主要创新点  61-62
  6.3 未来展望  62-63
参考文献  63-67
附录  67-70
攻读学位期间主要成果  70-71
致谢  71

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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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