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无线传感器网络节能路由算法研究

作 者: 徐保桂
导 师: 仲元昌
学 校: 重庆大学
专 业: 电路与系统
关键词: 无线传感器网络 节能路由算法 LEACH LEACH-PM 网络生存期
分类号: TP212.9
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 42次
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内容摘要


无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是由大量传感器节点通过自组织的形式组成的网络,可以使人们在任何时间、地点,任何环境下获取详实可靠的信息,是一种低功耗、多功能、低成本的网络,因此具有非凡的应用价值和广阔的发展前景,被广泛地应用于环境监测、医疗监护、军事侦察等领域。但是,无线传感器网络中的节点是由自身携带的微型电池提供能量的,且应用环境复杂,故能量是无线传感器网络中最宝贵的资源。因此,无线传感器网络路由算法的首要目标不再是提供高性能的服务质量,而是如何高效地使用传感器节点的能量,尽量延长网络的生存周期,这个问题在较大规模的网络中表现的更为突出。本文以此为背景,选择典型的无线传感器网络分簇路由算法——LEACH算法为研究对象,详细阐述了该算法,并分析了其存在的优缺点。在此基础上,以扩大网络覆盖面积并能够更好地降低网络中的能量消耗和延长整个网络的生命周期为目的,对LEACH算法进行改进,即得分区多跳LEACH(LEACH-PM,Partition Multi-Hop LEACH)算法。主要研究工作如下:①本文阐述了无线传感器网络的概念、结构、特点和应用背景等,分析了无线传感器网络路由算法的设计要求及性能指标,并对典型的无线传感器网络节能路由算法分析和比较。②选择LEACH算法为研究对象,分析该算法的优缺点,为了扩大网络的覆盖范围和提高节点能量的利用效率、延长网络的生存周期,对该算法进行改进,得到改进算法—LEACH-PM。③使用MATLAB对LEACH-PM算法与已有的LEACH算法进行仿真比较,从网络的生存期、网络能耗两个方面对仿真结果进行了分析和总结。仿真结果显示,LEACH-PM算法能够更好地延长整个网络的生存期,降低网络总能耗。文章最后对于本文的工作进行了总结和展望,希望随着工作的进一步研究,可以将该算法成功地应用于实践中。

全文目录


中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 课题来源  8
  1.2 课题的研究背景  8-9
  1.3 WSN 国内外研究现状  9-11
  1.4 WSN 节能策略的研究现状  11-12
  1.5 课题研究的目的和意义  12
  1.6 研究内容及其安排  12-14
2 无线传感器网络概述  14-23
  2.1 传感器网络体系结构  14-17
    2.1.1 传感器网络构成  14-15
    2.1.2 传感器网络节点结构  15-16
    2.1.3 传感器网络协议栈  16-17
  2.2 无线传感器网络的关键技术  17-20
  2.3 无线传感器网络的特点  20-21
  2.4 无线传感器网络的应用领域  21-22
  2.5 本章小结  22-23
3 无线传感器网络典型路由算法  23-32
  3.1 无线传感器网络的节能技术  23-24
  3.2 无线传感器网络路由特点  24-25
  3.3 无线传感器网络路由协议的设计要求及性能指标  25-26
  3.4 路由协议分类  26-31
  3.5 本章小结  31-32
4 LEACH-PM 算法  32-48
  4.1 LEACH 协议  32
  4.2 LEACH 能量模型  32-34
  4.3 LEACH 算法  34-37
    4.3.1 簇的建立阶段  34-36
    4.3.2 稳定的数据传输阶段  36-37
  4.4 LEACH 协议优缺点  37-39
    4.4.1 LEACH 协议的优点  37-38
    4.4.2 LEACH 协议的缺点  38-39
  4.5 LEACH-PM 算法  39-47
    4.5.1 LEACH-PM 算法描述  39-40
    4.5.2 网络分区  40-44
    4.4.3 分簇形成  44-45
    4.5.4 构建路由  45-47
    4.5.5 稳定的数据传输  47
  4.6 本章小结  47-48
5 实验结果与分析  48-52
  5.1 网络的生存期比较  48-50
  5.2 网络总能耗  50-51
  5.3 本章小结  51-52
6 总结和展望  52-54
  6.1 总结  52
  6.2 展望  52-54
致谢  54-55
参考文献  55-59
附录  59-60
  A. 作者在攻读硕士期间发表的论文目录  59
  B.作者在攻读学位期间参与的科研项目  59-60
  C. 缩略语表  60

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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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