基于能耗优化的无线传感器路由协议的研究与改进

发布时间：2020-10-19 10:59

　　无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是由一个具有数据收集功能的基站(SINK)节点和大量随机部署在复杂环境中的传感器节点构成,无线传感网中节点以自组网的方式进行数据采集。无线传感器网络从上世纪70年代提出至今,逐渐得到了很多的重视与应用,特别是近年来,随着“物联网”的巨大发展,航空、军事、农业、家具制造、工业生产等行业中都出现了无线传感器网络的身影。通信模块、计算模块和具有监测功能的传感器共同构成了无线传感器节点,传感器节点的能量消耗主要分布在CPU和无线通信上,据统计无线通信所消耗的能量占整个网络总能量的比例更是高达80%,但是由于传感器节点能量采取电池供电的方式,在复杂环境中充电或者更换电池都无法实现,因此现在的研究热门之一就是设计出一种能量高效的无线传感器路由算法。本文对国内外路由协议的基础上,最终以分簇路由协议为基础提出了改进的算法,本文研究的内容主要包括以下几个方面:(1)针对无线传感网中具有节点冗余的问题,提出了一种基于节点位置的休眠调度算法,该休眠调度算法中无线传感器节点通过分析自身与邻居节点的在网络中的节点位置坐标,分析得到节点间感知区域的覆盖率,如果节点间的覆盖率大于网络初始的阈值,那么节点将判定本节点为冗余节点从而进入休眠状态。最后通过仿真实验验证了该算法的冗余判定效果;(2)无线传感器网络中一部分节点所消耗的能量要大于网络中的其余节点,使整个网络能耗不均衡从而产生“热区”效应,为了解决这一问题,本章提出了一种基于能耗优化的无线传感网非均匀分簇路由算法。在簇头节点竞争阶段,参与竞选的节点构造大小不等的竞选半径,这些竞选节点依据邻居节点表中的信息,计算出能量和平均距离等控制因子,使具有更多能量、邻居节点分布更均匀的节点当选簇头的机会更大;在簇间路由选择阶段时,利用簇头当前能量、簇头间距离以及簇内节点的平均能量等影响因子,选出中继节点,构造合理的转发路由树,保证簇间路由的能量消耗更均衡;最后引入提出的休眠调度算法,判定为冗余的节点进行休眠。进行实验仿真可以看出,该算法相比LEACH算法、EEUC算法更能有效节省网络能量,能耗更为均衡,从而达到延长网络存活时间的目的。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP212.9;TN929.5
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究的背景
    1.2 课题研究的目的与意义
        1.2.1 课题研究的目的
        1.2.2 课题研究的意义
    1.3 无线传感器网络的发展现状与应用领域
        1.3.1 无线传感器网络发展与现状
        1.3.2 无线传感器网络的应用领域
    1.4 本文研究的主要内容及结构安排
2 无线传感器网络概述与路由算法的研究
    2.1 无线传感器网络结构特点与网络的评价标准
        2.1.1 无线传感器网络结构特点
        2.1.2 无线传感器网络体系结构
        2.1.3 无线传感器网络性能评价的相关指标
    2.2 无线传感器网络的关键技术
    2.3 无线传感器网络路由协议分类
        2.3.1 平面路由协议
        2.3.2 分层路由协议
    2.4 本章小结
3 一种基于节点间位置的无线传感网休眠调度算法
    3.1 网络模型与相关说明
        3.1.1 本算法的网络模型
        3.1.2 算法定义与相关说明
        3.1.3 相关参数的计算
    3.2 算法的实现与分析
        3.2.1 算法实现的具体步骤
        3.2.2 算法的复杂度分析
    3.3 仿真实验与分析
        3.3.1 实验说明
        3.3.2 算法验证
        3.3.3 本算法与其他算法的对比实验
    3.4 本章小结
4 一种基于能量优化的非均匀分簇路由的改进算法
    4.1 LEACH算法与EEUC算法的介绍及性能分析
        4.1.1 LEACH算法及性能分析
        4.1.2 EEUC算法及性能分析
    4.2 改进算法的相关模型
        4.2.1 网络模型
        4.2.2 该算法能耗模型
    4.3 改进后的非均匀分簇路由算法
        4.3.1 节点的非均匀竞争半径计算
        4.3.2 簇首竞选过程
        4.3.3 簇首竞选与冗余判定流程
        4.3.4 簇间路由的选择与数据传输
    4.4 仿真实验与分析
        4.4.1 簇首节点消耗能量情况的分析
        4.4.2 网络周期及能量分析
        4.4.3 数据包总量对比
    4.5 本章小结
结论
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果

【参考文献】

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1 孙彦景;林昌林;江海峰;;一种能量高效的分布式非均匀分簇路由算法[J];传感技术学报;2015年08期

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3 陈海南;刘广聪;吴晓鸰;黄婷婷;李聪;;一种基于遗传算法与概率转发的分簇协议[J];计算机科学;2015年03期

4 肖东;魏丽萍;陈庚;陈岩;马力;;用于水声传感器网络自组织的询问式泛洪广播算法[J];应用声学;2015年01期

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