基于MIMO的无线传感器网络节能路由协议研究

发布时间：2017-08-02 11:08

  本文关键词：基于MIMO的无线传感器网络节能路由协议研究

  更多相关文章： 无线传感器网络 路由协议 混合传输 多输入多输出

【摘要】：随着近几年无线通信的迅猛发展和WSN所带来的巨大应用价值，网络规模的日益扩大已成为无线自组织网络的必然发展，如何以节省能耗来实现最大化网络生命周期对WSN设计起着至关重要的作用。MIMO是一种多输入多输出结构形式，能通过网络的冗余，以单天线选择簇头节点并在成簇的机制过程中形成虚拟阵列，在增加信道能耗和节能问题进行了分析，论述了MIMO技术在WSN中的应用的优势和场容量的同时，能显著地降低通信传输能耗。 结合MIMO技术对WSN分层路由协议进行了研究。在簇头节点向Sink节点进行有效的数据传输过程中，针对传统HEED协议中只采用单跳通信或只采用多跳通信一种通信方式，造成了簇头节点与基站间无线通信能量损耗过大的弊端，提出了基于HEED协议的单跳与多跳传输相结合M-HEED（Mixture-HEED）混合传输路由协议。该协议依据最短平均路径和最大聚类程度的特性，改单一传输方式为混合传输方式，有效地延长了数据传输时间，避免了每一轮因为距离造成的通信损耗。在簇群间协作节点的选择阶段，，构建了一种基于MIMO的路由协作节点选择策略。该策略从降低能耗的角度出发提出的MM-HEED算法主要是依据设定的距离、簇群内传感器节点的剩余能量以及传感器节点在簇群内的通信代价进行综合考虑，选取出所划分区域中协作节点。网络节点间通信采用协作的方式进行数据传输，并以此为依据确立源节点到目的节点间的最优路径，从而实现提高无线传感器网络的能效性和延长网络寿命的目的。实验仿真结果表明，该算法在数据包传输量、网络负载均衡以及网络能耗等方面的性能都要优于HEED和MIMO-LEACH性能，从而延长了网络的整体使用寿命。
【关键词】：无线传感器网络 路由协议 混合传输 多输入多输出
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 国内外研究现状14-16
• 1.3 本文的研究内容与主要工作16-17
• 1.4 论文的组织结构17-19
• 第2章 无线传感器网络概述19-27
• 2.1 无线传感器网络的应用19-20
• 2.1.1 军事应用19
• 2.1.2 环境科学19-20
• 2.1.3 医疗健康20
• 2.1.4 其他用途20
• 2.2 无线传感器网络体系结构20-23
• 2.2.1 无线传感器节点结构20-21
• 2.2.2 无线传感器体系结构21-22
• 2.2.3 无线传感器网络协议结构22-23
• 2.3 无线传感器网络的关键技术23-25
• 2.4 无线传感器网络面临的挑战25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 经典 WSN 路由协议与 MIMO 技术在其中应用研究27-41
• 3.1 无线传感器网络路由协议的特点27-28
• 3.2 无线传感器网络路由协议的分类28-35
• 3.2.1 平面路由协议29-30
• 3.2.2 分层路由协议30
• 3.2.3 几种典型路由协议的性能分析和比较30-35
• 3.3 MIMO 技术的原理及在无线网络中的应用35-38
• 3.3.1 MIMO 技术的原理35-37
• 3.3.2 MIMO 技术的研究现状和优越性37-38
• 3.4 MIMO 的无线传感器网络应用模式分析38-40
• 3.4.1 协作式 MIMO 的传输方式38-39
• 3.4.2 基于 STBC 编码的协作式 MIMO 系统39
• 3.4.3 基于 V-BLAST 编码的协作式 MIMO 系统39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 一种基于 HEED 协议的混合传输路由算法41-49
• 4.1 传统 HEED 路由协议的原理与局限性41-42
• 4.1.1 HEED 算法原理41-42
• 4.1.2 HEED 算法局限性42
• 4.2 基于 HEED 协议的混合传输路由算法42-43
• 4.2.1 假设条件42-43
• 4.2.2 数学模型43
• 4.3 算法描述43-44
• 4.4 通信模式能耗分析44-46
• 4.5 仿真结果及分析46-48
• 4.5.1 仿真环境46
• 4.5.2 仿真结果及分析46-48
• 4.6 本章小结48-49
• 第5章 基于 MIMO 的分簇路由协议的改进49-64
• 5.1 MM-HEED 算法描述50-51
• 5.2 MM-HEED 算法设置及具体实现步骤51-54
• 5.2.1 簇头节点选择阶段51-52
• 5.2.2 协作节点选择阶段52-54
• 5.3 MM-HEED 算法传输策略54-55
• 5.3.1 路由发现54
• 5.3.2 数据传输54
• 5.3.3 路由维护54-55
• 5.4 算法能耗模型55-57
• 5.5 算法流程图57-58
• 5.6 MM-HEED 算法的仿真分析58-63
• 5.6.1 仿真环境58
• 5.6.2 性能评价指标58-59
• 5.6.3 仿真结果及分析59-63
• 5.7 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果71-72
• 致谢72-73

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李中年;EIGRP路由协议分析研究[J];中国数据通信;2005年06期

2 季莹莹;章坚武;虞成磊;;无线传感器网络权值分簇路由协议改进[J];杭州电子科技大学学报;2008年06期

3 宋立梅;刘乃安;曾兴雯;;无线Mesh网络路由协议研究[J];电子科技;2008年07期

4 解飙;;无线Mesh网络的路由协议探析[J];软件导刊;2009年02期

5 赵建强;孙燎原;朱培栋;曹介南;;基于群移动模型的战术互联网路由协议性能仿真与评估[J];计算机技术与发展;2010年11期

6 沈呈;陆一飞;夏勤;;基于综合判据的无线Mesh网路由协议[J];计算机学报;2010年12期

7 杨拉明;田小平;;一种改进的Ad Hoc网络路由协议[J];西安邮电学院学报;2011年01期

8 武海生;王贵锦;林行刚;;无线Mesh网上机会路由协议的分析与改进[J];应用科学学报;2011年02期

9 胡中栋;曾志勇;;基于多路径的DSR路由协议改进[J];江西理工大学学报;2011年03期

10 刘易;贺云华;裴廷睿;;基于地理信息的分簇式路由协议[J];湖南科技大学学报(自然科学版);2012年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 董阳泽;刘平香;;水声网络自重组中两种路由协议比较[A];2012'中国西部声学学术交流会论文集(Ⅰ)[C];2012年

2 向征;方旭明;;无线Mesh网络中路由协议的性能比较[A];'2006系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2006年

3 孙墉懋;傅仲逑;;DSR路由协议优化策略[A];2006北京地区高校研究生学术交流会——通信与信息技术会议论文集（上）[C];2006年

4 程晓峰;卢泽新;张晓哲;莫敦运;;基于路由协议支持的网络感知的设计与实现[A];中国电子学会第十六届信息论学术年会论文集[C];2009年

5 刘红;徐光侠;范时平;;一种安全的无线自组织路由协议[A];2008年计算机应用技术交流会论文集[C];2008年

6 颜国风;王建新;;基于Hop的Anycast路由协议的设计与实现[A];2005通信理论与技术新进展——第十届全国青年通信学术会议论文集[C];2005年

7 宋玉林;樊祥宁;张在琛;;无线传感器网络能量路由协议的研究[A];2006北京地区高校研究生学术交流会——通信与信息技术会议论文集（上）[C];2006年

8 应俊;吴哲夫;乐孜纯;;基于OPNET的DSR路由协议的性能分析[A];浙江省电子学会2006年学术年会论文集[C];2006年

9 武峥;张淑芳;;无线传感器网络路由协议在交通监控系统中的应用[A];中国航海学会通信导航专业委员会2005年学术年会论文集[C];2005年

10 侍蕾;赵洪利;;空间信息网路由协议关键技术分析[A];2008通信理论与技术新发展——第十三届全国青年通信学术会议论文集（下）[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前7条

1 华为供稿;构建辽宁移动骨干网[N];计算机世界;2001年

2 中科院计算所信息网络室 庞迪;移动自组织网络的关键技术—路由协议[N];计算机世界;2005年

3 金桦;路由协议一样影响速度[N];中国计算机报;2003年

4 朗讯贝尔实验室基础科学研究院;融合网络将主导一切[N];通信产业报;2004年

5 ;宽带网络测试平台 ——Adtech AX/4000[N];网络世界;2003年

6 ;三星secuiWALL 防火墙让网络永不停息[N];中国计算机报;2002年

7 甄岩邋武穆清;无处不在的无线Mesh网络[N];中国计算机报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前9条

1 黄宏宇;车辆自组织网络的路由协议及节点运动模型研究[D];上海交通大学;2009年

2 郭星歌;矿井无线网格网技术的研究及应用[D];中国矿业大学;2013年

3 潘大为;能量有效的WSNs路由协议与分布式调度方法研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

4 杨凯;无线Mesh网络高性能路由协议研究[D];西安电子科技大学;2011年

5 孙学梅;Ad Hoc网络的移动管理及其路由协议的研究[D];天津大学;2004年

6 张天乐;交替活跃模式的部分连接网络路由研究[D];中国科学院研究生院（计算技术研究所）;2006年

7 李道丰;路由协议若干安全问题研究[D];北京邮电大学;2011年

8 官骏鸣;Ad Hoc网络MAC协议模型分析及路由协议问题研究[D];合肥工业大学;2009年

9 彭永祥;无线Ad hoc网络路由技术若干关键问题研究[D];电子科技大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 赵锦琳;无线Mesh网络混合路由协议的研究[D];西安电子科技大学;2009年

2 杨飞;无线自组织网路由协议与拥塞控制方法的研究[D];西安电子科技大学;2010年

3 蒙延龙;无线Mesh网路由协议分析与实现[D];沈阳工业大学;2012年

4 王振华;移动Ad Hoc中传输多媒体所用路由协议研究[D];大连理工大学;2012年

5 苏鹏举;基于交错分链结构的路由协议[D];太原科技大学;2012年

6 陈星亚;车载Ad hoc网络路由协议研究[D];西南交通大学;2012年

7 乔群;节能型无线传感器网络实时路由协议的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年

8 董建军;无线传感器路由协议及算法研究[D];中北大学;2009年

9 吴永强;无线Ad Hoc网络中DSR路由协议改进研究[D];华北电力大学（河北）;2010年

10 常全成;ZigBee路由协议的仿真与改进研究[D];沈阳工业大学;2011年

本文编号：608949