抛撒式频谱监测传感器网络路由协议的研究与改进

发布时间：2020-11-13 23:09

　　 随着无线传感器网络技术被重视程度不断加深,它已经被应用于国防军事、建筑状态监控、医疗救护、信息家电等诸多领域。无线传感器网络具有大规模、易部署、环境适应性强等特点,这些特点决定它能有效的运用于频谱监测领域。当无线传感器节点布置到人工很难干预的区域,有线网络、4G等网络技术将无法应用于这类没有基础设施的区域。因此,为了让随机部署的节点能有效的组成一个协同工作的网络,需要研究无线传感器网络自组网路由协议,同时考虑到所有节点采用电池供电,部署出去之后无法给节点进行电池替换,如何延长网络生存周期是研究路由协议的一个重要考虑因素。本文是在实验室承接的十三五预研项目“抛撒式XXXX技术研究”的基础上进行研究。本文所述应用中是通过飞行器空投、火炮投射等抛撒方式将一定数量的无线传感器节点部署到战场等人迹很难到达的区域,针对这一应用场景,首先研究了体系结构和网络拓扑结构,然后分析了现有的经典路由协议及其适用场景,选择了合适的基础协议LEACH协议,接着对该协议和两个改进协议LEACH-C、LEACH-DCHS进行了研究,最后在优化簇头节点位置分布和减少簇头选举能耗两方面进行改进。1.针对本文应用中无线传感器网络具备的大规模特性以及LEACH协议在规模较大的应用中簇头节点随机产生导致簇头节点在簇内位置不佳的问题,引入划分聚类算法进行改进。首先将随机部署在监测区域的节点按照算法规则划分成一定数量的簇,然后考虑节点剩余能量、簇内节点到本簇内聚类中心节点的距离和节点到网络汇聚节点距离三个因素设计簇头选举机制,通过该机制选择合适的簇头节点,并根据簇头剩余能量进行更替,均衡整体网络能耗。最后对改进算法进行仿真分析,验证改进效果。2.针对本文应用中节点采用电池供电这一特征,对LEACH协议进行了节能改进。LEACH协议在每轮都会重新进行全网选举新簇头,而实际在一些轮次里很多簇头节点并没有消耗很多能量,这种情况下进行全网选举就会产生不必要的能量损耗,因此,在改进协议中引入了两个能量阈值E_(th) _1和E_(th) _2,其中E_(th1)用来判决是否需要执行全网选举,减少整个网络内进行大规模选举的次数;E_(th2)用于判断局部簇内选举时,簇头节点是否延续上一轮的簇头身份,减少局部簇内进行簇头选举的次数。同时设计了一种睡眠唤醒机制,延缓首节点死亡时间。通过仿真分析,改进协议在网络整体生存时间和网络的稳定性都得到了提高。最后详细介绍了频谱监测无线传感器网络测试环境以及基于嵌入式WEB的无线自组网通信模块参数配置方法,然后对节能改进协议和原协议的实际测试效果进行了对比分析。由测试结果可知,改进后的自组网路由协议相比于基础协议在延长网络生存时间上得到了提升。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5;TP212.9
【部分图文】：

西安电子科技大学硕士学位论文度分类由建立时间可以划分为先应式路由、反应式路的通过发送广播包、接受应答包的形式建立路时性较好，但是维护的开销很大，现有的主动由是任务触发时才即时的发现路由然后进行数资源开销相对较小，常见的反应式路由有 DS由协议景详细介绍几种现有经典的平面路由协议和分议(Flooding)

SPIN协议流程图

5图 1.3 LEACH 协议数据流向图ACH 协议是目前所知最早的无线传感器网络分层路由协议，之后国用场景在该协议的基础上提出了多种改进协议。该协议的接本结将整个网络中的节点分成若干个簇，簇内的簇头节点收集成员节点在去冗余融合后发送给汇聚节点，显而易见，簇头节点的能量消耗点。因此该协议提出了“轮”的概念，每一轮都利用随机的方法生
【参考文献】

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1 汤大荣;汪连栋;郭彪;;战场电磁空间安全体系基本要素探析[J];电子信息对抗技术;2014年06期

本文编号：2882767