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无线传感器网络分簇路由协议研究

作　者: 杨志明
导　师: 陈旭辉
学　校: 兰州理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线传感器网络 分簇路由协议 LEACH协议 网络生命周期 ZigBee协议
分类号: TN915.04
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着通信网络技术、计算机技术、MEMS技术以及SoC技术的进步,推动了无线传感器网络的进一步发展。无线传感器网络通过大量传感器节点自组织协作地感知、处理被监控区域中的信息,并将监测数据经数据融合处理后发送给观察者,由于其具有组网灵活、动态地感知被监控区域数据变化的特点,因此具有很高的研究价值和十分广阔的应用前景,引起了世界各国的高度重视。由于LEACH协议是无线传感器网络的第一个分层路由协议,它的基本思想和设计方法能够应用到以后提出的各种分层路由协议中,因此,本文主要研究无线传感器网络低能量自适应分簇路由(LEACH)协议,在研究其基本工作原理的基础上,进一步探讨了LEACH协议存在的缺陷,针对这些不足,本文从以下几方面对该协议进行了分析。首先,考虑到簇首选择的随机性,因此本文以传感器节点的剩余能量作为选择簇首的出发点,通过仿真可知,该方法能够节约网络内的能量,有效地延长网络的生命周期。但是仍存在不足之处：随着网络的运行,网络中仍存在大量高剩余能量的传感器节点,但是整个无线网络几乎阻塞。发生这种现象的主要原因是簇首选择阂值过小,针对这一现象,本文利用网络加权系数对簇首阈值计算准则做了进一步的修订,通过仿真可以发现,利用网络加权系数和传感器节点剩余能量作为簇首选择的依据将有利于整个网络能量的分配,更进一步地延长网络的生命周期。其次,考虑到网络中簇首节点的能量消耗比普通传感器节点高,因此最优簇首节点数目的选择将会是衡量网络性能的一个重要指标,本文在原有国内外研究的基础上,进一步从理论上扩展了最优簇首数目选择的依据。最后,本文在研究ZigBee协议的基础上,采用成都无线龙C51RF-3-PK系统对无线传感器网络进行了初步探讨,给出了使用该系统详细的组网方法以及软硬件的配置方法,此外,通过多传感器节点通信实例验证了该方法的可行性,为了监测网络数据,本文利用VC++软件编写了传送文本文件的监测界面,进一步验证了基于ZigBee协议的无线传感器网络运行的准确性。

全文目录


摘要  7-8
ABSTRACT  8-10
插图索引  10-11
附表索引  11-12
第1章 绪论  12-17
  1.1 研究背景与意义  12-13
  1.2 无线传感器网络相关研究现状  13-14
    1.2.1 无线传感器网络的研究现状  13-14
    1.2.2 无线传感器网络路由协议研究现状  14
  1.3 无线传感器网络路由协议研究方法  14-15
  1.4 本文的主要研究工作  15-16
  1.5 本文的内容安排  16-17
第2章 无线传感器网络路由协议研究  17-29
  2.1 无线传感器网络路由协议概述  17-24
    2.1.1 无线传感器网络路由协议的基本概述  17-18
    2.1.2 无线传感器网络路由协议的特点  18-19
    2.1.3 无线传感器网络路由协议的设计要求  19-20
    2.1.4 无线传感器网络路由协议的分类  20-24
  2.2 无线传感器网络典型路由协议分析  24-28
    2.2.1 Flooding协议和Gossiping协议  24-25
    2.2.2 SPIN协议  25-26
    2.2.3 Rumor协议  26-27
    2.2.4 GPSR协议  27
    2.2.5 LEACH协议  27-28
    2.2.6 TEEN协议  28
  2.3 本章小结  28-29
第3章 低能量自适应分层路由(LEACH)协议研究  29-41
  3.1 LEACH协议  29-31
  3.2 LEACH协议能量计算模型  31
  3.3 LEACH协议存在的问题  31-33
  3.4 LEACH协议的进一步探讨  33-34
  3.5 LEACH协议簇首节点选择的方法  34-37
  3.6 LEACH协议最优簇首节点数目选择准则  37-39
  3.7 本章小结  39-41
第4章 基于ZIGBEE协议的无线传感器网络研究  41-54
  4.1 ZigBee协议的主要技术特性  41-43
  4.2 ZigBee协议中的设备及其地址分配  43-45
    4.2.1 ZigBee网络中的设备  43-44
    4.2.2 ZigBee网络节点的地址分配形式  44-45
  4.3 基于ZigBee协议栈的无线传感器网络实现  45-49
    4.3.1 认识ZigBee协议栈  45-46
    4.3.2 硬件环境配置  46
    4.3.3 软件环境配置  46-49
  4.4 基于Flooding路由协议的多点无线传感器网络通信实例  49-52
  4.5 本章小结  52-54
结论  54-56
参考文献  56-61
致谢  61-62
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文  62

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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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