基于节能的无线传感器网络分簇路由协议研究

【摘要】： 路由协议是无线传感器网络中的研究重点,与传统无线网络不同的是,无线传感器网络能量、资源的有限性很大程度的影响了路由协议的研究,并且无线传感器网络很多其他特征也对路由协议提出了新的技术要求。因此,本文针对能量有效的无线传感器网络路由协议展开研究。 本文首先简要介绍了无线传感器网络的概念、特点、关键技术和节能技术以及无线传感器网络路由协议的特点、设计要求等,分析和比较了现有的各种典型路由协议,并对以LEACH为代表的分簇路由协议进行了重点分析。 借鉴现有路由协议中的分簇思想,本文提出了一种基于分簇的能量有效路由协议(Energy Efficient Routing Protocol based on Clustering,简称EERPC),该协议以节约网络能量为主要目标,在建立阶段设计了基于网络最优簇首数目和能量适应阈值的新型簇首选择机制,并采用TDMA机制作为信道接入方式,在稳定工作阶段,则设计了基于扇区和多跳的簇内路由和簇间路由机制以及能量感知的数据传输策略,从而做到尽量均衡每个节点的能量消耗。 之后在NS2软件平台上实现EERPC协议,对其进行仿真实验。根据仿真结果分别与DIRECT、LEACH、LEACH-C协议进行了对比分析,结果表明,该协议比其它协议有效的降低了网络整体能耗,延长了网络的生存时间,并提高了基站的数据接收量。 考虑到三维空间中路由协议研究的稀缺性和实用性,本文把传统的分簇路由协议和EERPC协议分别扩展到三维空间中,实现了3D-LEACH协议和3D-EERPC协议,并同样对它们进行了对比分析,结果表明在三维空间中,3D-EERPC协议比3D-LEACH协议仍然具有更好的节能性。 【关键词】：无线传感器网络 分簇 路由协议 节能 NS2
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP212.9;TN915.04
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-17
• 1.1 无线传感器网络概述7-12
• 1.1.1 无线传感器网络体系结构7-8
• 1.1.2 无线传感器网络协议栈8-9
• 1.1.3 无线传感器网络特点9-10
• 1.1.4 无线传感器网络关键技术10
• 1.1.5 无线传感器网络节能技术10-12
• 1.2 无线传感器网络研究现状与热点12-14
• 1.2.1 无线传感器网络研究现状12-13
• 1.2.2 无线传感器网络研究热点13-14
• 1.3 课题研究目的和意义14-15
• 1.4 本文研究内容及结构安排15-17
• 2 无线传感器网络路由协议17-26
• 2.1 无线传感器网络路由协议特点17
• 2.2 无线传感器网络路由协议设计要求17-18
• 2.3 几种典型的路由协议18-22
• 2.3.1 平面路由协议18-20
• 2.3.2 分层路由协议20-22
• 2.3.3 典型路由协议的比较22
• 2.4 基于LEACH的分簇路由协议介绍22-25
• 2.4.1 LEACH协议详述22-24
• 2.4.2 LEACH分簇协议的优缺点24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 3 一种能量有效的分簇路由协议26-50
• 3.1 EERPC协议网络模型26-27
• 3.1.1 EERPC协议实现前提条件26
• 3.1.2 EERPC协议使用的能耗模型26-27
• 3.2 EERPC协议建立阶段27-37
• 3.2.1 最优簇首数目的分析与计算28-30
• 3.2.2 阈值公式T(n)的改进30-31
• 3.2.3 TDMA机制在建立阶段的应用31-34
• 3.2.4 建立阶段时的计时器设置34-36
• 3.2.5 EERPC协议建立阶段总的过程36-37
• 3.3 EERPC协议簇内路由37-44
• 3.3.1 节点跳数的确定38-41
• 3.3.2 分扇角度参数的设定41-42
• 3.3.3 簇内扇形区域的建立42-43
• 3.3.4 簇内路由的建立过程43-44
• 3.4 EERPC协议簇间路由44-47
• 3.5 EERPC协议数据传输策略47-48
• 3.6 本章小结48-50
• 4 能量有效的分簇路由协议的仿真测试50-68
• 4.1 NS2仿真工具介绍50-52
• 4.1.1 NS2概述50
• 4.1.2 NS2体系结构50-51
• 4.1.3 NS2的功能模块51-52
• 4.1.4 NS2仿真过程52
• 4.2 EERPC协议在NS2中的实现52-57
• 4.2.1 EERPC仿真实验流程及MIT uAMPS扩展包52-53
• 4.2.2 EERPC协议的程序设计53-57
• 4.3 网络性能评价指标57
• 4.4 仿真实验研究57-66
• 4.4.1 仿真环境及方法57-60
• 4.4.2 仿真结果与分析60-66
• 4.5 本章小结66-68
• 5 三维空间中协议的扩展68-78
• 5.1 3D-EERPC协议簇首选择机制的设计68-71
• 5.2 3D-EERPC协议路由块数的确定71-73
• 5.3 3D-EERPC协议的实现过程简述73-74
• 5.4 3D-EERPC协议的仿真研究74-77
• 5.5 本章小结77-78
• 6 总结与展望78-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-84

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