能距关系模型下WSN多跳路由方法研究

发布时间：2020-07-12 21:53

【摘要】：无线传感器网络(WSN)由部署在监测区域的传感器节点和汇聚中心(Sink节点)组成,作为物联网技术的核心,WSN被广泛应用于信息收集领域。但其发展一直受制于距离和能耗等因素。针对上述问题,本文提出能距关系模型,并在此基础上设计了WSN多跳路由方法MRPG(Multiple Hop Routing Algorithm Based on Path Optimization)。研究工作概括如下:1.本文梳理了WSN节点距离关系模型的缺点:1)增大网络建设成本;2)卫星信号对部署环境要求较高;3)距离关系无法准确反映节点间的通信情况,并以此为基础设计了节点能距关系模型。该模型以节点间的最佳通信功率描述节点关系,能有效降低部署成本并提高节点通信的可靠性。2.为了使网络在进入数据收集状态前完成相关准备工作。本设计了网络初始化算法,并构建了一种称为能距表的数据结构,其完整地包含网络路由所需信息:节点的剩余能量和节点间的能距。在网络拓扑形成前,根据节点状态的不同,将网络初始化依此划分为三个子过程;每个子过程都需要各节点相互协作完成。3.本文在能距关系模型下提出WSN多跳路由方法MRPG。该路由方法通过计算路径生存时间和节点平均数据冗余量,为网络中的所有传感器节点规划数据传输路径。MRPG依靠Sink节点的集中计算实现,为此本文设计了两种算法——穷举算法、分级节点纳入算法。穷举算法采用“暴力”的方式为每个节点选取最优路径。分级节点纳入法则是先将网络中的传感器节点按照到Sink节点的跳数进行分级;然后逐级纳入节点,进而构建出整个网络的路由拓扑图。实验证明:分级节点纳入算法路由生成时间比穷举算法低。本文通过仿真实验对MRPG、LEACH、UCDP、DEEC四种路由方法进行分析。为测试多跳条件下路由方法的性能,本文所提MRPG路由方法通过控制最大跳数形成了MRPG-2和MRPG-5子方法。仿真结果表明,本文所提MRPG路由方法在网络生存周期、单位数据平均能耗、能耗均衡三个方面的性能表现优于另外三种算法。
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【图文】：

无线传感器网络

奥酚尚酜? 5 -第2章无线传感器网络概述及路由协议2.1 无线传感器网络结构无线传感器网络由大量分布在监测区域的传感器节点和汇集节点构成(图1)；是一种新型自组织网络。不同任务下，不同网络中的传感器节点具有差异性。无线传感器网络起源于军事应用；随着技术的发展，其表现出来的价值越来越得到社会的认可，现今的 WSN 技术已被广泛的应用于社会各个领域，如野生动植物保护、智慧医疗、智慧城市以及资源监测等。图 1 无线传感器网络结构Fig1 Wireless sensor network structure在无线传感网络的中，传感器节点负责感知监测数据，对数据做相应的预处理并传输给 Sink 节点。由于一些传感器节点距离 Sink 节点较远，或自身剩余能量较低，会出现一些节点过早死亡的问题。为了实现网络内节点的负载均衡，传感器节点除了要具备本地数据感知功能外，还要能够完成，对其他节点感知数据实施存储、压缩和传输的操作。Sink 节点做为传感器节点与外界联系的中间件。对内（网络内），除了要收集监测数据外，还要负责管理网络资源。与网络内的传感器节点相比，Sink 节点具有高效的处理能力、存储能力和通信能力。更为重要是：它的能量不受限制。因为 Sink 节点需要通过互联网或专用网与“管理员”通信，所以它具备两种通信协议栈转换能力。对外，Sink 节点可以被视为无线传感器网络和“管理员”的通信员，这里所述的“管理员”一般为云服务器或个人计算机。

路径图,路由,路径,节点

数据可以是声音、震动、温度、无线电信号等。控制硬件（CPU、RAM）和操作软件（通信协议、资源管理知模块传输出的模拟信号量化并编码；除上述作用外度。通信模块负责发送节点的感知信息，以及中继其他为节点的活动提供能量，通常使用能量密度较高的锂感器网络路由协议概述由协议的作用是为网络中的每个传感器选择一条数据传据传输路径中，为延长网络的生存时间，需要让某些些“牺牲”。这些节点不仅要感知数据，还要中继传输k 节点较远节点的数据[29]。面向解决能耗不均衡的路由）为每个节点寻找相对能耗较低的路径；2）协调节点间小为 200m 200m 的网络区域，Sink 节点位于网络中心（实点表示传感器节点，两点之间的线段表示路径。

网络结,动态选择,扩散机制,数据传输

大学硕士学位论文第 2 章无线传感器网络概述务表中存在相应数据与之匹配，说明此数据曾被转发，所以要在 Sink 节点第一次接收传感器发送的数据报之前，各节点的数率进行传输。在此之后，根据网络运行的状况，每个传感器节生成第二跳路径，用于加强链接；根据相关信息汇聚节点和源路径。在此后的数据传输中，信息的交互就能够达到更快的速

【参考文献】