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无线传感器网络分簇路由协议算法的研究

作　者: 陈笑
导　师: Tianfield Huaglory
学　校: 华东理工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 无线传感器网络 路由协议 能量均衡 非均匀分簇
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)是近年来研究的热点领域。它为人类提供了全新的信息获取和管理平台,使人与自然能远程交互。相对于传统网络和AdHoc网络,无线传感器网络具有一些新的特性,因此对网络路由协议的设计也不同于传统的无线宽带网络和Ad Hoc网络。目前研究人员研究了许多种不同应用环境下的路由协议。其中,低功耗自适应分簇路由(LEACH)协议是一种经典的分簇路由协议,它是专门针对无线传感器网络的特点而开发的,是当今研究的热点协议。本文详细研究了LEACH低功耗分层路由协议的原理,针对LEACH和它的改进协议,分析了存在的存点和不足,尤其是“热区”问题。簇间多跳的通讯方式中靠近汇聚节点(sink节点)的簇头节点不仅完成了自身采集的数据的发送任务,其他远距离的节点的数据还需通过它多跳转发,节点能量消耗比原理sink节点的快,从而造成能量空洞。解决多跳通讯中的“热区”问题成为了无线传感器网络必须研究重视的一个问题。文章在LEACH协议和它的改进算法的基础上,分析了存在的缺陷,提出了一种基于簇半径优化的非均匀多跳分簇路由算法(Uneven Zoned Multi-hop Uneven Clustering Routing Algorithm, UZMCRA)。充分考虑了节点的能量和地理位置,提出了一种“逐层分区”的方法将整个网络以Sink为中心划分成若干个非均匀的区域。另外,在转发的过程中,考虑了节点的通信代价和剩余能量两个因素,而且在区域的簇头竞争半径中引入的最优簇半径公式,使得各区域进行合理大小的成簇,能量消耗在各个区域中趋于平衡状态。通过仿真实验表明,与LEACH协议和EEUC协议相比UZMCRA形成的簇头分布均匀,能量消耗在各区域中相对平均,有效的均衡了节点能量消耗,缓解了能量空洞问题,显著的延长了网络生命周期,也扩大了协议的适用规模。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 无线传感器网络介绍  9-10
    1.1.1 无线传感器网络概念  9-10
    1.1.2 无线传感器节点体系结构  10
  1.2 无线传感器网络的特点  10-12
  1.3 无线传感器网络的发展历程和趋势  12-13
  1.4 论文研究工作及组织结构  13-16
    1.4.1 研究工作  14-15
    1.4.2 本论文的组织结构  15-16
第2章 无线传感器网络典型路由协议分析和比较  16-31
  2.1 无线传感器网络路由协议简介  16-17
    2.1.1 无线传感器网络路由协议的概念  16
    2.1.2 无线传感器网络路由协议的特征  16-17
    2.1.3 无线传感器网络路由协议的技术挑战  17
  2.2 无线传感器网络路由协议分类  17-27
    2.2.1 简单的无结构路由  17-22
    2.2.2 树和类树路由  22-24
    2.2.3 地理位置路由  24-27
  2.3 无线传感器网络典型路由协议比较  27-29
    2.3.1 协议特点  27-28
    2.3.2 应用场合  28-29
  2.4 本章小结  29-31
第3章 LEACH协议及其改进协议的分析仿真  31-39
  3.1 LEACH协议简介  31-35
    3.1.1 LEACH协议的数学模型  31-32
    3.1.2 LEACH协议算法描述  32-34
    3.1.3 LEACH协议算法分析  34-35
    3.1.4 LEACH协议的改进算法  35
  3.2 LEACH协议和EEUC协议的仿真  35-38
  3.3 本章小结  38-39
第4章 基于非均匀分区成簇的多跳路由协议  39-51
  4.1 问题的提出  39
  4.2 UZMCRA的设计思想  39-43
    4.2.1 网络模型  40-41
    4.2.2 网络分层  41-42
    4.2.3 簇的建立  42
    4.2.4 簇间通信  42-43
  4.3 UZMCRA算法步骤  43-46
  4.4 算法仿真分析  46-50
    4.4.1 仿真描述  46
    4.4.2 UZMCRA的分层  46-47
    4.4.3 网络生存时间分析  47-48
    4.4.4 网络剩余能量分析  48-49
    4.4.5 UZMCRA簇半径  49
    4.4.6 UZMCRA各分区的能量消耗  49-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章 总结与展望  51-53
  5.1 工作总结  51
  5.2 未来工作展望  51-53
参考文献  53-57
致谢  57

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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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