基于分簇的无线传感器网络节能路由算法研究与应用

【摘要】： 无线传感器网络是一种新型的、无基础设施的、自组织的无线网络。近年来随着微电子技术、传感器技术及通信技术的发展，无线传感器网络技术发展迅猛，进展很快，而且在军事与民用方面的一些具体应用也取得了成功。由于其应用广泛，无线传感器网络的发展前景一片光明。与传统网络相比，传感器网络具有以下特点：节点分布极其稠密且数目很大，每个节点维护全局信息是不可能的；节点的能量，存储空间及计算能力等资源非常有限。而且无线传感器网络通常工作在人无法接近或者高危险区域，使得随时更换节点能源是非常困难的，因此在设计无线传感器网络路由协议中，能效成为首要考虑的方面。设计高能效的路由策略以延长网络的生命周期是无线传感器网络中的关键问题。 针对无线传感器网络能量有限的特点，提出一种基于分簇的节能路由算法—CESR算法，算法采用逐步求解的方式，将整个网络分成若干个交叠簇，整个网络有簇间和簇内两级拓扑。节点在选择路由时先根据簇间拓扑选择簇路由，当数据经过某个簇进行转发时，边界节点根据簇内拓扑产生簇内路由，算法尽量选择消耗能量值最小的路径转发数据，并且能够避免低能量节点。最后，采用了OMNET++仿真平台，将基于分簇的节能路由算法CESR与CMMBCR算法进行了性能仿真对比。仿真结果证明，算法CESR存储开销和控制消息相对少得多，特别在大中型传感器网络中，该算法在节能方面有明显优势。 同时，在对无线传感器网络和现有火灾监控系统研究的基础上，设计了一种新型的火灾监控系统，系统中所有的节点组成一个大的无线传感器网络，实现对监控区域的实时监控，由于该系统的特点是节点多，节点分布密度大，节点的移动少，每个节点的能量都非常有限，所以如何延长系统中无线传感器网络的生命周期成为了关键问题，通过对系统的分析得出，CESR算法适合火灾监控系统的应用要求，根据实际应用，介绍了CESR算法在系统中的实现，通过实践来检验算法的有效性。 【关键词】：无线传感器网络 簇 簇间路由 控制消息 实时监控
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第1章 绪论11-14
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 本文组织12-14
• 第2章 无线传感器网络节能路由算法研究14-25
• 2.1 无线传感器网络简介14-20
• 2.1.1 无线传感器网络的概念14
• 2.1.2 无线传感器网络的通信结构14-17
• 2.1.3 无线传感器网络的节能性研究17-20
• 2.2 常见路由算法20-24
• 2.2.1 平面路由算法20-22
• 2.2.2 层次路由算法22-23
• 2.2.3 算法节能性分析23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第3章 基于分簇的无线传感器网络节能路由算法25-41
• 3.1 新算法的提出25
• 3.2 CESR算法设计25-28
• 3.2.1 算法初始化25-26
• 3.2.2 簇的剩余能量值计算26-27
• 3.2.3 簇间路由27-28
• 3.2.4 簇内路由28
• 3.3 算法性能分析28-29
• 3.4 仿真实验29-40
• 3.4.1 OMNET++简介29-31
• 3.4.2 CESR算法仿真31-37
• 3.4.3 仿真结果37-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 火灾监控系统及CESR算法在其中的应用41-59
• 4.1 系统概述41-42
• 4.2 系统硬件设计42-43
• 4.2.1 CC1010芯片42-43
• 4.2.2 数据采集模块43
• 4.3 系统软件体系结构43-58
• 4.3.1 硬件抽象层44-47
• 4.3.2 链路层设计47-54
• 4.3.3 路由层设计54-57
• 4.3.4 应用层设计57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第5章 结论与展望59-61
• 5.1 本文所做工作59-60
• 5.2 下一步工作60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 攻读学位期间发表的学术论文66-67
• 参加的科研项目67-68
• 学位论文评阅及答辩情况表68

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