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无线传感器网络低功耗路由协议研究

作　者: 石小培
导　师: 金仁成
学　校: 大连理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 无线传感器网络 路由 分簇 Mamdani型模糊推理系统 多路径
分类号: TN915.04
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着微机电技术、嵌入式计算机技术和无线通信技术的快速发展,无线传感器网络引起了人们广泛关注。无线传感器网络节点通常体积微小,只能配备有限的电源。在某些应用场合下,更换或补充电源几乎是不可能的。这使得传感器节点的寿命在很大程度上依赖于电池的寿命,所以降低能量消耗以延长网络寿命是无线传感器网络设计的首要目标。无线传感器网络路由协议负责在sink节点和其余节点间可靠地传输数据,是无线传感器网络的关键技术之一。路由机制从网络层决定了整个网络的工作状态,简单、有效、低功耗的路由成为高性能网络的重要指标。以提高网络能量效率和QoS性能为目标,本文主要研究了无线传感器网络路由协议,提出了两种面向不同应用的路由协议,并对这些路由协议进行了理论分析与仿真。论文的主要工作包括：(1)提出了一种基于Mamdani型模糊推理的分簇路由协议(CEFM)。该协议综合考虑了节点的剩余能量、节点位置、邻居节点数和数据重发率等因素来选取簇首,使得每轮中分簇更加均匀合理。簇间采用多跳路由机制,该机制减少了簇首间通信距离,降低了簇间的通信开销,避免了远距离簇首节点与基站直接通信造成的巨大的能量消耗,均衡了网络能耗。仿真结果表明该协议有效提高了无线传感器网络能量利用率,延长了网络生存期。(2)提出了一种能量均衡的多径源路由协议(EBMSR)。EBMSR协议根据节点的地理位置在源节点和目的节点间建立了节点不相交多路径,以此来降低路由建立过程中的能量开销。在EBMSR协议中引入路径能量均值、能量方差、链路质量和路径跳数等参数,定义了路径代价模型,并根据每条路径的路径代价给每条路径以一定的选择概率,使得数据能按照一定的概率在网络中各条路径上传输,从而达到均衡各路径能量负载,延长网络生存期的目的。经仿真验证,该协议不仅提高了能量效率,而且改善了QoS性能。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 课题的研究背景与意义  9-10
    1.1.1 课题的研究背景  9
    1.1.2 课题的研究意义  9-10
  1.2 无线传感器网络概述  10-11
    1.2.1 无线传感器网络体系结构  10-11
    1.2.2 无线传感器网络应用  11
  1.3 无线传感器网络研究现状  11-12
  1.4 论文主要内容及组织结构  12-14
2 无线传感器网络路由协议研究及节能分析  14-21
  2.1 无线传感器网络路由特点  14-15
  2.2 无线传感器网络路由协议评价标准  15
  2.3 无线传感器网络路由协议分类  15-17
  2.4 无线传感器网络典型路由协议及节能分析  17-20
  2.5 本章小结  20-21
3 基于模糊推理的无线传感器网络分簇路由协议  21-38
  3.1 Mamdani型模糊推理模型  21-24
  3.2 LEACH及其改进协议分析  24-26
  3.3 CEFM协议  26-34
    3.3.1 网络模型  26
    3.3.2 协议描述  26-28
    3.3.3 Mamdani型模糊推理系统设计  28-33
    3.3.4 协议分析  33-34
  3.4 仿真与分析  34-37
    3.4.1 仿真环境  34
    3.4.2 仿真结果分析  34-37
  3.5 本章小结  37-38
4 能量均衡的多径源路由协议  38-53
  4.1 无线传感器网络多径路由定义及特点  38-39
  4.2 多径路由相关工作  39-40
  4.3 EBMSR系统模型  40-43
    4.3.1 基本假设  40-41
    4.3.2 网络定义与说明  41
    4.3.3 路径代价模型  41-43
  4.4 EBMSR路由协议  43-48
    4.4.1 地理信息广播  43
    4.4.2 路由发现  43-47
    4.4.3 数据传输策略  47
    4.4.4 路由维护  47-48
  4.5 仿真与分析  48-52
    4.5.1 仿真能量模型  48
    4.5.2 仿真环境  48-49
    4.5.3 仿真结果分析  49-52
  4.6 本章小结  52-53
结论  53-55
参考文献  55-59
附录A CEFM协议性能仿真脚本结构图  59-60
附录B EBMSR协议性能仿真脚本结构图  60-61
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  61-62
致谢  62-63

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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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