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无线传感器网络的负载平衡路由协议研究

作　者: 徐力杰
导　师: 殷新春
学　校: 扬州大学
专　业: 计算机应用
关键词: 无线传感器网络路由协议负载平衡数据融合路由空洞瓶颈网络
分类号: TN915.04
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

无线传感器网络是由大量随机布撒在监控区域内的传感器节点,通过无线通信方式形成的多跳自组织网络系统。路由协议作为无线传感器网络的关键技术之一,其性能直接影响到整个网络的效率。近些年来,针对无线传感器网络路由协议的研究,己经取得了许多长足的进展,但是依然还未形成统一的标准。传感器节点自身所携带的能量非常有限,同时漏斗效应、路由空洞等原因可能会导致网络中出现节点能量消耗不平衡的现象,使得某些节点甚至整个网络过早死亡。由此可见,构建负载平衡的路由协议以延长网络生存时间在无线传感器网络的研究中是极具重要性和挑战性的研究课题,它对网络性能具有重大的影响,因而对它的研究具有十分重要的意义。本文以负载平衡为目标,对无线传感器网络的路由技术作了全面而深入的研究:介绍了无线传感器网络的基本概念、关键技术和面临的挑战。详细分析了无线传感器网络路由的特点、设计目标以及将路由协议进行了分类,并介绍了负载平衡的无线传感器网络路由协议的研究现状。本文的研究工作主要集中在负载平衡的无线传感器网络路由协议的研究上,针对层次路由和平面路由提出了两种负载平衡的路由协议,总结如下:(1)针对无线传感器网络中监测数据具有较高时空相关性的应用场景,本文提出了一种基于数据融合的局部能量高效汇聚分簇协议LEEAC,该协议通过反映局部空间相关性的数据相异度对节点剩余能量进行约束,并使用约束后的预测能量作为竞选簇头的主要依据,被选举的簇头在传感器网络中具有良好的分布性。同时通过引入数据鉴定码,减少了簇内数据传输阶段的通信量以及簇头数据融合的工作量,从而大大节约了能量消耗。仿真实验结果表明,LEEAC协议能够有效均衡网络能量消耗,延长网络生存时间。(2)针对由于空洞所形成的“瓶颈网络”中的路由问题,本文提出了一种基于负载平衡的最优路由协议LORP,其基本思想是首先利用已有的边界检测算法找出“瓶颈网络”中空洞和监测区域的边界,然后通过我们提出的MACB算法标识出网络中的桥并且采取平衡优先的路由策略,最终利用二元整数规划模型得到了在平衡优先策略下网络中节点的最优路由方案。仿真实验结果表明,该协议很好地解决了“瓶颈网络”下的路由问题,在一定程度上延长了网络的生存时间并且减小了网络延迟,提高了网络服务质量。本文针对无线传感器网络的负载平衡路由协议做了一些研究工作,取得了一些成果,但是还存在着许多亟待解决的问题,需要在今后工作中进一步深入研究。

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