无线传感器网络中节能路由算法的研究及应用

【摘要】：近年来,随着传感器技术、嵌入式计算技术、微电子技术、现代网络技术和无线通信技术的不断发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Network简称WSN)作为一种全新的信息获取、处理和采集技术正逐渐走向成熟,它具有低功耗、低成本、分布式和自组织等特点。无线传感器网络应用广泛,目前已经广泛应用在在军事国防、工业、农业、环境监测等方面。但无线传感器网络仍然存在一系列的问题有待解决,尤其是无线传感器网络的节能路由设计问题。 1本文首先介绍了无线传感器网络的相关理论,详细分析了无线传感器网络的体系结构、网络特点以及研究现状等。并完成了对现有经典无线传感器网络路由算法的比较和研究。 2、在深入研究LEACH协议的基础之上,完成了对无线传感器网络最佳建簇概率的研究。并提出了对LEACH协议的两种改进的节能路由算法:①提出了基于遗传算法的单轮分簇算法(LEACH-IGA),LEACH-IGA算法步骤:考虑全网的剩余能量,确定簇头集合,利用改进遗传算法在簇头集合中寻找最优簇头,并划分成簇;②在第一轮分簇算法LEACH-IGA的基础上,启动簇头局部寻优提出双轮分簇算法(LEACH-IGA-I)。LEACH-IGA-I算法步骤:利用LEACH-IGA的结果,然后在每个分簇内部局部寻优,寻找最优簇头,完成了簇头的再次优化选择。分簇完成后,簇内节点直接和簇头节点通信,而簇头节点则根据距离直接或则间接与汇聚节点通信。通过实验仿真发现,LEACH-IGA节能算法和LEACH-IGA-I节能算法性能优良,能够极大地延长网络生存周期。 3、将无线传感器网络运用于森林防火系统中的数据采集环节,并将改进后的节能路由协议LEACH-IGA-I成功用于森林防火系统,完成了对森林生态数据(温度、湿度、光照度、风速风向等)的有效传输。通过实践完成了LEACH-IGA-I算法的检验。 本论文得到了重庆市科技公关项目(SCTC,?2009AC2068)的支持,LEACH‐IGA‐I算法已经运用于项目中,目前该项目已经于2011年1月成功结题。 【关键词】：无线传感器网络 节能路由 LEACH 遗传算法 森林防火
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-12
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究目的和意义10-11
• 1.3 论文组织11
• 1.4 本章小结11-12
• 2? 无线传感器网络概述12-22
• 2.1 无线传感器网络特点12-14
• 2.1.1 节点能量受限、结构简单12-13
• 2.1.2 密集布设的大规模网络13
• 2.1.3 信息报告模式多样13
• 2.1.4 业务模式以多对一和一对多为主13-14
• 2.1.5 数据为中心的设计理念14
• 2.1.6 动态变化的网络拓扑14
• 2.2 无线传感器网络架构14-17
• 2.2.1 无线传感器网络节点功能结构14-15
• 2.2.2 无线传感器网络的拓扑结构15
• 2.2.3 无线传感器网络的通信体系结构15-17
• 2.3 无线传感器网络的研究现状17-19
• 2.3.1 无线传感器网络的国外研究现状17-19
• 2.2.2 无线传感器网络的国内研究现状19
• 2.4 无线传感器网络研究面临的挑战19-21
• 2.5 本章小结21-22
• 3 无线传感器网络路由协议研究22-33
• 3.1 无线传感器网络路由协议概述22
• 3.2 无线传感器网络路由协议设计关键问题分析22-24
• 3.2.1 能量有效性22-23
• 3.2.2 可扩展性23
• 3.2.3 数据传输可靠性23-24
• 3.2.4 安全性24
• 3.3 无线传感器网络路由协议分类标准24-26
• 3.4 经典路由协议分析26-31
• 3.4.1 平面路由协议26-28
• 3.4.2 层次路由协议28-31
• 3.5 无线传感器网络典型路由协议比较31-32
• 3.6 本章小结32-33
• 4 基于遗传算法和 LEACH 的无线传感器网络路由协议研究33-53
• 4.1 无线传感器网络能量消耗模型33-34
• 4.2 LEACH 协议研究34-37
• 4.2.1 LEACH 协议工作原理35-36
• 4.2.2 LEACH 协议分析36-37
• 4.4 基于LEACH 和遗传算法的改进路由模型（LEACH-IGA）37-42
• 4.4.1 基于遗传算法的分簇协议-簇头初选（LEACH-IGA）38-41
• 4.4.2 局部寻优-簇头再选（LEACH-IGA-I）41-42
• 4.5 实验模拟和结果分析42-51
• 4.5.1 实验参数设置42-43
• 4.5.2 实验仿真与实验结果分析43-51
• 4.6 结合高能节点的LEACH‐IGA‐I 的路由算法改进51-52
• 4.7 本文小结52-53
• 5 LEACH-IGA-I 在森林防火系统中的应用53-60
• 5.1 系统概述53-54
• 5.2 系统硬件设计54-55
• 5.2.1 CC243054-55
• 5.2.2 数据采集模块55
• 5.3 软件设计55-56
• 5.3.1 LEACH-IGA-I 路由算法的运用55-56
• 5.4 森林防火监控系统56-59
• 5.5 本章小结59-60
• 6 总结与展望60-62
• 6.1 总结60
• 6.2 展望60-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-67
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果67

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