无线传感器网络中的节能路由算法研究
本文关键词：无线传感器网络中的节能路由算法研究，，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：无线传感器网络是一种能量受限的,与应用高度相关的网络,通常由非常大量的、体积微小的、低功耗且多功能的传感器节点组成。这些节点通过相互协作的方式,可以实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,再通过汇聚节点或基站发送给管理者。近年来,无线传感网已经成为一个研究的热点方向,在国内外的各个不同领域中,都引起的高度的重视。由于传感器节点自身的特点以及应用环境的特殊性,节点的能量往往是难以被更换的,因此,在设计无线传感网的路由算法时,首要考虑的目标是节省能量消耗,从而延长整个网络的寿命。在传统静态传感器网络中,所有节点一旦被部署完成后就不能改变位置。数据信息往往通过多跳的方式从源节点发送到汇聚节点。因此,汇聚节点附近的传感器节点承担了更重的网络通讯负担,其能耗也远远高于网络中其他位置的传感器节点。当这些节点耗尽能量时,网络的连通性被破坏,出现所谓的“热点”的问题,网络进入瘫痪状态。将移动汇聚节点引入传感器网络,能够大大缓解网络中的“热点”问题,提升网络性能。本文着重针对传感器网络中的节能路由算法展开研究,以期提高网络寿命,主要工作包括：(1)综述无线传感网及路由算法相关理论,论述路由算法分类及各类典型算法或协议。在经典分层路由算法LEACH的基础上,提出了基于距离和剩余能量的节能路由算法,使用不均匀分簇技术,并在选取簇头节点时综合考虑节点距离汇聚节点的距离以及自身剩余能量,有效的平衡了网络整体能耗,提升了网络性能。(2)为了缓解热节点的产生,引入移动汇聚节点技术,提出了基于多移动汇聚节点的节能路由算法。传感器网络被划分成不同区域,同时,多个移动汇聚节点沿着预定义的固定路线移动并收集数据。实验结果表明：基于多移动汇聚节点的路由算法在网络能耗、节点死亡速度等方面的表现优于固定汇聚节点的无线传感网。(3)为了进一步提高网络寿命和数据传输的效率,结合网络分簇技术、移动汇聚节点技术以及蚁群算法,提出一种新颖的路由算法,有效缓解“热点”问题,均衡网络能量消耗,延长网络整体寿命。
【关键词】：无线传感网 路由算法 分簇 移动汇聚节点 蚁群算法
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：
- 摘要5-6
- Abstract6-8
- 第一章 引言8-13
- 1.1 研究背景和意义8-9
- 1.2 国内外研究现状9-10
- 1.3 研究内容10-11
- 1.4 论文结构11-13
- 第二章 无线传感网路由算法概述13-24
- 2.1 无线传感网的体系结构13-14
- 2.1.1 网络结构13
- 2.1.2 节点结构13-14
- 2.2 无线传感网的特点及应用14-15
- 2.3 无线传感网挑战15-16
- 2.4 无线传感网路由算法16-23
- 2.4.1 路由算法概述16-18
- 2.4.2 路由算法分类18-23
- 2.5 本章小结23-24
- 第三章 基于距离和剩余能量的节能路由算法24-32
- 3.1 传统LEACH算法24-25
- 3.2 基于距离和剩余能量的节能路由算法25-29
- 3.2.1 算法模型25-27
- 3.2.2 算法描述27-29
- 3.3 性能分析29-31
- 3.3.1 网络能耗29-30
- 3.3.2 网络寿命30-31
- 3.4 本章小结31-32
- 第四章 基于多移动汇聚节点的节能路由算法32-40
- 4.1 基于多移动汇聚节点的节能路由算法32
- 4.2 算法模型32
- 4.3 算法描述32-36
- 4.3.1 汇聚节点移动轨迹33-35
- 4.3.2 数据传输35
- 4.3.3 路由维护35-36
- 4.4 性能分析36-39
- 4.5 本章小结39-40
- 第五章 基于蚁群算法的节能路由算法40-51
- 5.1 基本蚁群算法的原理40-41
- 5.1.1 蚁群行为描述40
- 5.1.2 蚁群系统的基本原理40-41
- 5.2 蚁群算法的数学模型及实现步骤41-43
- 5.2.1 蚁群算法的数学模型41-42
- 5.2.2 蚁群算法的实现步骤42-43
- 5.3 基于蚁群算法的节能路由算法43-45
- 5.3.1 算法模型43
- 5.3.2 算法描述43-45
- 5.4 性能分析45-50
- 5.5 本章小结50-51
- 第六章 总结与展望51-52
- 6.1 工作总结51
- 6.2 未来展望51-52
- 致谢52-53
- 参考文献53-59
- 作者简介59-60
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