异构无线传感器网络能量均衡路由协议研究

发布时间：2017-10-28 05:30

  本文关键词：异构无线传感器网络能量均衡路由协议研究

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【摘要】：无线传感器网络(WSN)是由随机散布于监测区域的大量传感器自组织形成的网络,融合了多种科学技术,是一门具备综合性能优势的学科。随着无线传感器网络在各领域中的广泛应用,科研人员展开了对WSN技术的深入研究,主要集中于对数据融合、路由协议、节能控制及时间同步等关键技术的研究。传感器因采用自带电池供电,其体积小、能量有限,且一般部署于人迹罕至、环境恶劣的区域,能量无法得到无限供应,因此减少网络能量的消耗是提高网络性能的一个重要因素。在WSN技术的某些应用中,需要对监测的音频、视频等数据实现实时传输,因此较少的传输时延、增强对目标监测的实时性也是WSN的研究重点。基于无线传感器网络初始能量异构,对异构网络经典路由协议——稳定选举协议(SEP)进行了研究,SEP协议中不同初始能量节点的簇首选举算法也不尽相同。针对WSN能量的有限性,为提高网络稳定性,使节点趋于同时死亡,设计了一种改进的分簇算法——EE-SEP协议。该算法采用综合考虑节点剩余能量和能量消耗率(energy consumption rate——ECR)的簇首选举机制,将这个两个参数引入节点阈值的计算公式,使剩余能量较多和ECR较小的节点计算的阈值更大,更容易满足成为簇首的要求,避免能量过低的节点承担更多网络负载,从而均衡节点间的能耗。另外,为缓解稳定通信阶段能量消耗不均衡的情况,同时减少节点间的传输时延,对簇间的通信方式进行了改进,在路由中采用多跳传输的方式,建立基于传输时延和节点剩余能量的最优路径,改进协议——EED-SEP是采用Dijkstra算法原理,选择传输时延较小、剩余能量较多的节点作为下一跳传输节点。MATLAB仿真实验表明,EE-SEP协议和SEP协议以及REMCA协议相比,节点存活率明显得以提高,网络能耗大大减少,第一个节点死亡轮数分别延迟了207%、66%,半数节点死亡的轮数延迟了168%、53%,最后一个节点死亡的轮数分别延迟了38%,103%,有效延长了网络的生存时间;EED-SEP协议在稳定通信阶段采用基于传输时延和剩余能量的多跳传输机制,有效减少了网络时延,节约了网络的总能量,延长了网络的寿命,提升了网络性能。
【关键词】：无线传感器网络 SEP协议 能量消耗率 传输时延 多跳
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 无线传感器网络简述9-13
• 1.1.1 无线传感器网络特点9
• 1.1.2 无线传感器网络体系结构9-11
• 1.1.3 无线传感器网络协议栈11-12
• 1.1.4 无线传感器网络关键技术12-13
• 1.2 课题研究背景13-14
• 1.3 课题研究意义14-15
• 1.4 国内外研究现状15-17
• 1.5 课题研究内容及结构安排17-18
• 1.5.1 课题研究内容17
• 1.5.2 论文结构安排17-18
• 1.6 本章小结18-19
• 第2章 无线传感器网络路由协议概述19-27
• 2.1 无线传感器网络路由协议简述19-20
• 2.2 无线传感器网络路由协议分类20-26
• 2.2.1 平面路由协议20-23
• 2.2.2 分层路由协议23-26
• 2.3 典型路由协议比较26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 异构无线传感器路由协议研究27-39
• 3.1 异构无线传感器网络概述27-28
• 3.2 SEP路由协议分析28-30
• 3.2.1 二级异构网络模型28
• 3.2.2 SEP路由算法描述28-30
• 3.2.3 SEP路由算法优缺点30
• 3.3 基于剩余能量和ECR的SEP改进算法30-34
• 3.3.1 网络模型30
• 3.3.2 簇首选举改进算法30-32
• 3.3.3 算法流程32-34
• 3.4 仿真实验34-38
• 3.4.1 能耗模型34-35
• 3.4.2 网络性能评价标准35
• 3.4.3 实验参数35-36
• 3.4.4 性能分析36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第4章 基于Dijkstra算法的簇间通信改进39-46
• 4.1 Dijkstra算法原理39-40
• 4.2 簇间通信路由优化40-42
• 4.3 仿真实验及性能分析42-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 总结与展望46-48
• 5.1 总结46-47
• 5.2 展望47-48
• 参考文献48-51
• 致谢51-52
• 攻读硕士学位期间发表学术论文及参与科研项目52

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本文编号：1106863