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无线传感器网络路由协议的研究与设计

作　者: 程琰
导　师: 张建青；刘淑敏
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 无线传感器网络 路由协议 LEACH LEACH-K NS2仿真 ZigBee
分类号: TN915.04
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 266次
引　用: 10次
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内容摘要


随着微机电技术、MEMS制造技术以及计算机和网络技术的快速发展,传感器技术正朝着微型化、智能化、网络化、集成化的方向发展。如今,分布式传感技术正成为对复杂环境自适应检测的重要手段,无线传感器网络技术正是这种分布式传感技术的重要形式。无线传感器网络将信息获取、信息传输和信息处理这三个过程进行了融合,在军事、民生、经济等许多方面都有广阔的应用前景,例如：军事、环境观测和预报,气象监测,空间探索,智能建筑,输油／气管道的监控,电力使用状况监测,等等。可以预计,这项新技术的发展和广泛应用,将极大地影响人类的社会生活,掀起新的产业浪潮。本文重点研究了无线传感器网络的路由协议技术,在深入分析了几种有代表性的无线传感器网络路由协议的基础上,选择LEACH协议为重点研究对象,针对其在成簇方式和簇间通信方面的不足之处进行了改进,改进后的协议称为LEACH-K协议。LEACH-K协议采用集中式的分簇方法,借鉴了K-means聚类算法的思想,综合考虑节点相互间位置关系和剩余能量来选举簇首,簇间通信采用多跳方式,平衡簇首节点的能耗。并利用NS2仿真平台对LEACH协议及LEACH-K进行了仿真对比,结果表明,LEACH-K协议的分簇结果更加合理,网络生存时间和能耗等性能指标均得到有效提高。本文最后一部分介绍了目前在无线传感器网络中应用比较广泛的ZigBee技术,着重分析了其三种路由算法,并进行仿真,在分析研究仿真数据的基础上,讨论、比较它们的网络性能,为实际应用中选择哪一种路由算法提供了参考依据。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章 绪论  14-22
  1.1 课题研究背景  14
  1.2 无线传感器网络概述  14-17
    1.2.1 无线传感器网络的基本结构形式  14-15
    1.2.2 无线传感器网络节点结构  15-16
    1.2.3 无线传感器网络协议栈  16-17
  1.3 无线传感器网络的特点  17-18
  1.4 无线传感器网络的研究现状  18-21
    1.4.1 理论方面的研究成果  18
    1.4.2 产品方面的研究成果  18-19
    1.4.3 实际应用方面的研究成果  19-21
  1.5 课题的研究意义和主要研究内容  21-22
第二章 无线传感器网络路由协议分析  22-32
  2.1 无线传感器网络路由协议的特点与设计重点  22-23
  2.2 无线传感器网络路由协议的划分  23-24
  2.3 无线传感器网络平面与层次路由协议概述  24-31
    2.3.1 平面路由协议  24-27
    2.3.2 层次路由协议  27-30
    2.3.3 路由协议性能比较  30-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章 LEACH协议的研究和改进  32-44
  3.1 选择LEACH协议做改进研究的原因  32
  3.2 LEACH协议算法概述  32-34
  3.3 LEACH协议分析  34-35
  3.4 LEACH协议的改进  35-42
    3.4.1 对LEACH协议的簇首选举方式的改进  36-38
    3.4.2 稳定阶段簇首与基站通信方式的改进  38-42
  3.5 本章小结  42-44
第四章 LEACH-K协议与LEACH协议的仿真对比  44-58
  4.1 NS2仿真工具  44-45
  4.2 无线通信能耗模型  45-46
  4.3 参数设置  46-48
  4.4 最优簇首数目的求解  48-51
  4.5 评价指标  51
  4.6 仿真实验与结果分析  51-57
  4.7 本章小结  57-58
第五章 基于ZigBee的传感器网络路由协议的研究  58-74
  5.1 ZigBee技术  58-59
  5.2 zigBee协议体系结构  59-60
  5.3 ZigBee技术的网络拓扑结构  60-62
  5.4 ZigBee路由协议分析  62-67
    5.4.1 Cluster-Tree路由算法  62-64
    5.4.2 AODVjr路由算法  64-66
    5.4.3 zigBee Routing路由算法  66-67
  5.5 ZigBee路由算法的仿真及比较  67-73
    5.5.1 网络性能评价指标  67-68
    5.5.2 仿真结果分析  68-73
  5.6 本章小结  73-74
第六章 总结与展望  74-76
  6.1 总结  74
  6.2 展望  74-76
参考文献  76-80
致谢  80-82
研究成果及发表的学术论文  82-84
作者及导师简介  84-85
北京化工大学 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  85-86

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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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