三维空间下传感器节点移动的节能分簇路由协议研究

【摘要】：移动无线传感器网络具备感知、处理、移动、通信等功能,与静态网络相比节点的移动会导致网络拓扑结构发生相应的改变。传统的静态路由协议应用于移动无线传感器网络中,经常会导致数据传输的延迟或丢失,浪费节点过多能量。此外,由于部分无线网络的研究不再局限于二维平面,无线传感器网络在三维空间中的应用越来越广泛,本文针对节点移动的传感器网络设计了能量有效的三维路由协议。 首先,将传统的LEACH分簇协议拓展到三维空间下实现了3D-LEACH协议,并对其簇首选择机制进行优化设计了3D-LEACH-D协议,相同网络条件下将3D-LEACH-D协议与传统的3D-LEACH协议、3D-DEEC协议做比较,结果显示3D-LEACH-D协议节能效果良好。 其次,提出了三维空间下节点移动的节能路由协议3D-NMEERPL协议,该协议对传感器节点的移动模型做了详细的描述,协议建立阶段设计了簇首数目计算公式并优化了簇首选择阈值公式。在数据传输阶段,设计了基于分块和多跳的簇内路由和簇间路由机制,使网络中各传感器节点的能耗更均衡。 最后,将3D-NMEERPL路由协议移植到MATLAB仿真平台上进行测试,其仿真结果分别与3D-DEEC协议、3D-LEACH-D协议进行对比分析,实验结果表明3D-NMEERPL路由协议比其它两种协议有效的延长了网络寿命,降低了网络节点能耗,节能效果良好。 【关键词】：移动传感器网络 分簇 节点移动 节能 多跳
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 三维移动网络算法的研究现状8-10
• 1.1.1 移动无线网络算法的研究现状和进展8-9
• 1.1.2 三维无线网络的研究现状和进展9-10
• 1.2 课题背景10-11
• 1.2.1 三维空间下路由的应用10
• 1.2.2 移动路由的应用10-11
• 1.3 课题研究目的和意义11
• 1.4 论文的主要研究内容11-12
• 1.5 论文结构安排12-14
• 2 典型路由协议的分析14-22
• 2.1 路由算法和路由协议14-16
• 2.1.1 路由协议设计的目标和性能考量标准14-15
• 2.1.2 路由算法原理15
• 2.1.3 路由协议的分类15-16
• 2.2 典型无线路由协议分析16-20
• 2.2.1 平面路由协议16-18
• 2.2.2 分层路由协议18-20
• 2.3 典型路由协议的比较20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 3D-LEACH-D协议的设计22-38
• 3.1 LEACH分簇协议的详细分析22-27
• 3.1.1 Set-up簇建立阶段22-23
• 3.1.2 Steady-state稳定传输阶段23-25
• 3.1.3 LEACH协议的性能分析25-27
• 3.2 3D-LEACH-D协议模型介绍27-28
• 3.2.1 3D-LEACH-D协议的网络模型27
• 3.2.2 3D-LEACH-D协议的无线通讯模型27-28
• 3.3 3D-LEACH-D协议簇的建立28-31
• 3.3.1 3D-LEACH-D协议最优簇首数目的确定28-30
• 3.3.2 3D-LEACH-D协议阈值T(n)的定义30-31
• 3.4 实验仿真结果分析31-35
• 3.4.1 仿真参数31
• 3.4.2 基于小网络空间协议的实验仿真结果分析31-33
• 3.4.3 基于大网络空间协议的实验仿真结果分析33-35
• 3.5 本章小结35-38
• 4 一种三维空间下节点移动的分块路由算法(3D-NMEERPL协议)38-58
• 4.1 算法简述38
• 4.2 传感器节点移动模型38-40
• 4.2.1 几种典型的随机移动模型39
• 4.2.2 本文协议所采用的随机移动模型39-40
• 4.3 3D-NMEERPL协议的网络模型40-42
• 4.3.1 3D-NMPPREL协议实现的前提条件40-41
• 4.3.2 3D-NMPPREL协议的能耗模型和数据聚合模型41-42
• 4.4 3D-NMEERPL协议建立42-48
• 4.4.1 网络分块与节点密度42-44
• 4.4.2 3D-NMEERPL协议最优簇首个数的计算44-46
• 4.4.3 3D-NMEERPL协议簇首选择阈值公式的设计46-48
• 4.4.4 3D-NMEERPL协议建立总过程48
• 4.5 3D-NMEERPL协议路由多跳机制48-55
• 4.5.1 单跳路由与多跳路由的对比49-50
• 4.5.2 簇内路由多跳机制50-52
• 4.5.3 簇间路由多跳机制52-55
• 4.6 本章小结55-58
• 5 实验仿真及结果分析58-76
• 5.1 MATLAB仿真软件介绍58-59
• 5.1.1 Matlab概述58
• 5.1.2 Matlab的系统结构58-59
• 5.2 协议性能评价标准59-60
• 5.3 协议仿真结果及分析60-75
• 5.3.1 仿真参数和环境60-61
• 5.3.2 基于小移动网络空间协议的实验仿真结果分析61-70
• 5.3.3 基于较大移动网络空间的协议实验仿真结果分析70-75
• 5.4 总结75-76
• 6 总结与展望76-78
• 致谢78-80
• 参考文献80-84

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