三峡库区水环境监测网络的节能路由协议研究

发布时间：2017-09-12 08:08

  本文关键词：三峡库区水环境监测网络的节能路由协议研究

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【摘要】：长江三峡工程是举世瞩目的特大型水利工程,其在防洪、发电以及航运等方面带来了巨大的经济效益以及社会效益。因此,三峡库区的生态环境健康状况得到了相国家关部门的高度重视,库区的水环境监测也成为了一个研究热点。然而现有的监测方法、手段以及设备已不再能够满足监测需求,迫切地需要采用新的技术手段以提高对库区水环境监测的能力。无线传感器网络是由大量廉价、低功耗的传感器节点组成,并通过自组织的方式形成多跳网络,具有对监测区域实时的感知、数据处理、存储以及传输的能力。因此将传感器节点部署于三峡库区,构建一种面向库区的水环境监测网络,对于实现库区水质的实时、连续、高效的监测,以及提升我国水环境监测理论水平和应用水平具有重要的理论和现实意义。在三峡库区水环境监测网络中,节点数目庞大,并采用电池供电,节点一旦耗尽能量不方便更换电池或者再充电。因此高效管理节点的能量至关重要,这对于节省节点能量、延长监测网络的使用寿命具有重要作用。传感器网络中节点通信模块在数据的收发过程中耗费了节点绝大部分的能量,可通过优化路由协议提高通信模块的能耗效率。本文以三峡库区水环境监测为应用背景,结合三峡库区典型的带状分布特性,研究无线传感器网络中基于分簇结构的节能路由协议,主要贡献列举如下：(1)提出了一种基于博弈理论的分簇路由协议,在分簇过程中节点只需和邻居节点交互,具有完全分布式的特点,适用于三峡库区带状分布网络。(2)在采用博弈理论对分簇路由中的簇头节点选择问题建模时,引入了惩罚机制惩罚节点的自私行为,并根据节点的剩余能量决定惩罚力度。节点通过与其邻居节点博弈得到成为簇头的均衡概率,根据此概率决定是否成为簇头可在节省能量和提供网络服务之间达到一种均衡效果。(3)根据均衡概率决定成为簇头的节点作为临时簇头节点,需进一步竞选真正簇头,以避免相邻的节点同时成为簇头,同时让簇头节点覆盖范围尽可能广。(4)根据簇头节点到基站的距离以及簇头节点的度设计代价函数,普通节点根据簇头节点的代价选择合适的簇头加入形成簇,可均衡簇头节点间的能耗。(5)通过仿真实验对本文提出的分簇路由协议进行性能验证,并与经典的LEACH协议以及基于博弈理论的分簇路由协议CROSS和LGCA对比,以评估本文协议的性能。
【关键词】：三峡库区 无线传感器网络 分簇路由 博弈
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV697.25;TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 课题研究背景、目的及意义12-14
• 1.1.1 课题研究背景12-13
• 1.1.2 课题研究目的及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-16
• 1.3 本文主要研究工作及内容结构16
• 1.4 本章小结16-17
• 第二章 无线传感器网络路由协议概述17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 无线传感器网络路由协议的特点17-18
• 2.3 无线传感器网络路由协议的分类18-19
• 2.4 基于分簇结构的无线传感器网络路由协议19-22
• 2.4.1 基于分簇结构的路由协议设计目的20-21
• 2.4.2 基于分簇结构路由协议的实现21-22
• 2.5 典型的分簇路由协议22-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 基于博弈理论的分簇路由协议研究26-36
• 3.1 引言26
• 3.2 相关研究工作26-28
• 3.3 一种改进的博弈分簇路由协议28-30
• 3.3.1 网络模型28-29
• 3.3.2 能量模型29-30
• 3.4 理论分析30-33
• 3.5 改进协议详述33-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第四章 三峡库区分簇路由协议的仿真实验及结果分析36-43
• 4.1 三峡库区监测网络分布模型36-37
• 4.2 实验参数设置37-38
• 4.3 实验结果分析38-42
• 4.4 本章小结42-43
• 第五章 总结与展望43-45
• 5.1 总结43-44
• 5.2 展望44-45
• 参考文献45-49
• 致谢49-50
• 学位论文评阅及答辩情况表50

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：836044