异构无线传感器网络能量均衡路由算法研究与仿真

发布时间：2017-04-28 02:10

  本文关键词：异构无线传感器网络能量均衡路由算法研究与仿真，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)作为一种新兴的数据采集技术,具有广阔的应用前景,广泛适用于环境监测、健康护理、救灾抢险、智能家居、城市交通、空间探索等领域。WSN是由大量部署在监测区域内的微型传感器节点组成,并以自组织和多跳的方式形成网络系统,能够及时地将采集到的信息传递给网络的所有者。由于传感器节点的计算能力和存储能力相对较弱,并且通过携带能量有限的微型电池供电,故WSN的路由算法不能照搬传统的Internet、Ad Hoc网络的路由算法,需要考虑以上限制因素来重新设计路由算法。本文主要从以下几个方面着手,设计出一种异构WSN能量均衡路由算法。(1)研究WSN体系结构、主要特点、面临的挑战、关键技术以及应用前景,总结WSN几种常见拓扑结构,分析WSN能量高效路由算法和能量均衡路由算法的优、缺点。(2)设计一种新的异构拓扑结构。由于网络中存在能量洞问题,即靠近中心汇聚节点的传感器节点需要传递大量远离中心汇聚节点的传感器节点采集的数据,会造成这些传感器节点因消耗更多的能量而过早死亡,从而使整个WSN死亡。为了解决这个问题,本文设计了一种新的异构拓扑结构。该拓扑结构在监测区域内部署普通传感器节点和异构传感器节点,使靠近中心汇聚节点的区域内拥有更多的能量。通过优化节点的个数、覆盖半径、初始能量值等参数,使WSN中节点的能量同时耗尽,从而解决能量洞问题。(3)在本文提出的一种新的异构拓扑结构的基础上,设计出一种能量均衡路由算法。该路由算法通过综合考虑节点类型、节点深度、剩余能量、能量密度这几个因素,在每轮数据传递时都选取不同的数据传递路径,从而解决网络分割问题,并延长网络的生存周期。针对现有的能量均衡路由算法中出现的路由环路与路由冗余问题,本算法考虑了一种解决路由环路与缓解路由冗余的机制,确保数据在传递过程中不会发生回传,从而减少不必要的能量消耗。(4)通过在MATLAB平台的仿真试验与计算分析,本文提出的一种异构WSN能量均衡路由算法的网络生存周期相比于最短路径和EBRP路由算法分别提高了149.9%和73.8%。本路由算法的网络时延和能量均衡性也得到相应程度上的改善。
【关键词】：无线传感器网络 能量高效 能量均衡 网络分割 能量洞
【学位授予单位】：电子科技大学
【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
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题背景10
• 1.2 课题研究现状10-11
• 1.3 课题研究意义11-13
• 1.4 研究的主要内容及章节安排13-15
• 第二章 无线传感器网络概述15-26
• 2.1 无线传感器网络的体系结构15-20
• 2.1.1 无线传感器节点的硬件结构15-16
• 2.1.2 无线传感器节点的能量结构16-18
• 2.1.3 无线传感器网络的协议栈结构18-20
• 2.2 无线传感器网络的特点及挑战20-22
• 2.3 无线传感器网络的关键技术22-24
• 2.3.1 节点定位技术22
• 2.3.2 时间同步技术22
• 2.3.3 能量获取技术22-23
• 2.3.4 路由技术23
• 2.3.5 拓扑结构部署技术23
• 2.3.6 安全技术23-24
• 2.4 无线传感器网络的应用前景24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 无线传感器网络路由算法的研究26-41
• 3.1 无线传感器网络路由算法的特点与关键问题26-27
• 3.2 无线传感器网络拓扑结构27-32
• 3.2.1 典型无线传感器网络拓扑结构28-31
• 3.2.2 不同拓扑结构的比较31-32
• 3.3 典型无线传感器网络路由算法32-38
• 3.3.1 能量高效路由算法33-35
• 3.3.2 能量均衡路由算法35-36
• 3.3.3 不同路由算法的比较36-38
• 3.4 本文算法设计的思路和目标38-39
• 3.5 无线传感器网络路由算法性能评价指标39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第四章 基于异构拓扑结构的能量均衡路由算法41-57
• 4.1 算法的提出41-43
• 4.2 拓扑结构概述43-45
• 4.3 路由算法概述45-52
• 4.3.1 基本概念的定义45-46
• 4.3.2 算法的前提假设46-47
• 4.3.3 数据包格式与路由表表项47-49
• 4.3.4 路由环路与路由冗余49-52
• 4.4 算法的详细设计52-56
• 4.4.1 路由建立阶段52-53
• 4.4.2 数据传递阶段53-54
• 4.4.3 路由重建阶段54
• 4.4.4 算法的流程图54-56
• 4.5 算法的复杂度分析56
• 4.6 本章小结56-57
• 第五章 仿真实验与结果分析57-68
• 5.1 仿真环境和参数设定57-59
• 5.2 拓扑结构参数确定59-61
• 5.3 性能指标及结果分析61-67
• 5.3.1 生存周期61-63
• 5.3.2 网络时延63-64
• 5.3.3 能量均衡性64-67
• 5.4 本章小结67-68
• 第六章 结论与展望68-71
• 6.1 结论68-69
• 6.2 展望69-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 在校期间的研究成果76-77

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