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面向WSN的能耗均衡非均匀分簇路由协议研究

作　者: 尹纪单
导　师: 郭元术
学　校: 长安大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 无线传感器网络 路由协议 分簇 EBNC 能耗均衡
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 117次
引　用: 1次
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内容摘要


随着“普适计算”技术模式的出现,无线传感器网络(WSN)成为对人类生活方式产生重大影响的信息采集技术手段之一。在WSN面临的诸多挑战中,路由协议是其中的一个重要研究课题,按网络结构可分为平面路由协议和分簇路由协议。在分簇路由协议中,簇首一般进行簇内数据融合,大大减少了网络通信量,簇成员功能简单,能耗较少,而且分层结构具有较好的可扩充性,适合大规模网络,因此分簇路由协议是当前研究的热点。但目前提出的分簇路由协议也存在一些问题,例如,簇首的产生开销较大,形成的簇分布不合理,簇间通信也不能很好的实现簇首间的负载均衡,簇间通信没有一个良好的框架可供以后扩展,簇首的失效将导致一定时间内的路由失败,具有“瓶颈”效应,等等。针对当前存在的这些问题,本文提出了一种能耗均衡非均匀分簇路由协议EBNC。EBNC根据WSN生命周期内各阶段的能量特征和数据传输“多对一”的向心性特征,从簇首的产生、簇间路由两个方面进行改进。EBNC在选举簇首时,动态地根据随机数和剩余能量权衡节点的竞争力,把竞争力转化为不同的时延,由时延决定节点是否成为簇首,簇的大小与节点距离sink节点的远近有关,低于最低能量的簇首没有簇内成员；对于簇间通信,提出一种基于复合势能场的簇间开放式路由框架,并在此框架的基础上实现了能耗均衡的簇间通信。这样产生的簇首同时考虑了节点的剩余能量和随机数,有利于能耗均衡和簇的合理分布,不同的时延减少了成簇时的通信冲突；没有成员的簇首避免了因能量耗尽而形成的“瓶颈”效应；最终达到路由过程中能耗均衡的目的,有效地延长了网络的生命周期,并增强了路由协议面向不同应用的可扩展性。最后用J-SIM仿真平台,对EBNC路由协议进行了仿真实验,通过与LENCH路由协议进行对比研究,证明了改进的算法节省了整个网络的能量消耗,有效地平衡了簇首间的能量消耗,延长了网络的生命周期,改善了网络的性能。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章 绪论  9-13
  1.1 研究背景和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10
  1.3 本文研究的主要内容  10-11
  1.4 论文组织结构  11-13
第二章 无线传感器网络及其路由协议概述  13-23
  2.1 无线传感器网络  13-19
    2.1.1 无线传感器网络的体系结构  13-15
    2.1.2 无线传感器网络的特点  15-16
    2.1.3 无线传感器网络的关键技术  16-18
    2.1.4 无线传感器网络的应用  18-19
  2.2 无线传感器网络中的路由协议  19-22
    2.2.1 路由协议的特点  19
    2.2.2 路由协议的设计准则  19-20
    2.2.3 路由协议的分类  20-22
  2.3 本章小结  22-23
第三章 典型的分簇路由协议研究  23-40
  3.1 LENCH协议  23-31
    3.1.1 网络模型  24
    3.1.2 能耗模型  24-25
    3.1.3 算法流程  25-28
    3.1.4 算法优缺点  28-31
  3.2 其他分簇路由协议  31-33
    3.2.1 LENCH-C和LENCH-F协议  31
    3.2.2 TEEN协议  31-32
    3.2.3 PEGASIS协议  32
    3.2.4 HEED协议  32-33
    3.2.5 几个非均匀分簇路由协议  33
  3.3 分簇路由协议性能分析  33-38
    3.3.1 分簇路由协议中的能量消耗  34-36
    3.3.2 分簇路由协议各阶段应注意的问题  36-38
    3.3.3 典型分簇路由协议对比  38
  3.4 本章小结  38-40
第四章 能耗均衡非均匀分簇路由协议  40-61
  4.1 EBNC路由协议设计  40-45
    4.1.1 WSN生命周期内的各阶段能量特征  40-41
    4.1.2 设计思路  41-42
    4.1.3 网络模型与能耗模型  42-43
    4.1.4 协议的总体描述  43-44
    4.1.5 协议中的报文设计  44-45
  4.2 改进的簇首选取算法  45-52
    4.2.1 成簇算法思想  45-48
    4.2.2 成簇算法实现  48-50
    4.2.3 成簇算法分析  50-52
  4.3 能耗均衡的簇间通信  52-58
    4.3.1 开放式的簇间路由框架  52-54
    4.3.2 簇间路由基本思想  54-55
    4.3.3 簇间路由算法实现  55-57
    4.3.4 簇间路由算法分析  57-58
  4.4 稳定的数据传输  58
  4.5 路由维护  58-59
    4.5.1 老节点的死亡  58-59
    4.5.2 新节点的加入  59
  4.6 本章小结  59-61
第五章 仿真与分析  61-67
  5.1 仿真工具分析  61-63
  5.2 仿真参数设置  63-65
  5.3 仿真结果分析  65-66
    5.3.1 网络生存时间结果分析  65-66
    5.3.2 网络能耗的结果分析  66
  5.4 本章小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 传感器的应用
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