基于数据融合的WSN路由协议的研究

论文摘要

无线传感器网络是由传感器技术、无线通信技术、微机电系统技术和分布式信息处理技术结合而成的新型信息采集处理方式。它能够通过各类集成化的微型传感器协作,实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息。无线传感器网络在环境监测、军事国防、医疗卫生等诸多领域具有广泛的应用前景,已经引起了世界许多国家军事界、学术界和工业界的高度重视。本文以无线传感器网络路由协议为研究重点。由于无线传感器网络的处理能力、存储能力、通信能力以及节点的能源都是有限的,所以其路由协议的首要目标是有效地节约能源,延长网络生存时间。本文主要的研究工作包括以下几个方面:1.本文在分析了现有的无线传感器网络路由协议的基础上,对典型的LEACH协议进行了重点研究。2.在LEACH协议基础上,提出一种改进方案LPEA。在LPEA中,无线传感器网络中的节点根据当前剩余能量和网络中所有节点的平均能量来选择簇头,利用图论中的prim算法,选择每轮中Pe d值最大的簇头作为根节点,在簇头节点之间构造树形路由,簇头之间以多跳方式将收集到的数据发送到根节点,然后通过根节点将整个网络收集到的数据发送到基站。最后,用MATLAB对LPEA进行仿真。仿真结果表明,LPEA比LEACH降低了能耗,延长了网络生存周期。3.以野生动物监测为背景,针对无线传感器网络在野外动物监测应用中的特点,借鉴LEACH和PEGASIS路由协议的思想,提出了一种改进方案PEZCA。PEZCA以基站为顶点,将网络划分为多个扇形区域,网络中的节点以自组织的方式形成大小不均匀的簇,远离汇聚节点的簇规模大于靠近汇聚节点的簇,同一扇形区域内的簇头节点采用多跳方式传输数据。仿真结果表明,PEZCA平衡了节点之间的能耗,有效地延长了网络生存时间,能充分满足野生动物监测的需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 本论文的主要工作与结构安排
• 1.4.1 主要工作
• 1.4.2 结构安排
• 第二章 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络的概念
• 2.2 无线传感器网络的体系结构
• 2.2.1 网络体系结构
• 2.2.2 节点结构
• 2.2.3 无线传感器网络协议栈
• 2.3 无线传感器网络关键技术
• 2.4 无线传感器网络的应用
• 2.5 本章小结
• 第三章 无线传感器网络路由协议分析
• 3.1 无线传感器网络路由协议特点
• 3.2 无线传感器网络路由协议的设计要求
• 3.3 数据融合技术
• 3.3.1 数据融合的分类
• 3.3.2 数据融合的作用
• 3.4 基于数据融合的路由协议分类
• 3.4.1 基于数据融合的平面路由协议
• 3.4.2 基于数据融合的层次路由协议
• 3.5 本章小结
• 第四章 LEACH 协议及其改进方案的仿真与分析
• 4.1 LEACH 协议的研究
• 4.1.1 网络模型和能量模型
• 4.1.2 LEACH 中的数据融合机制
• 4.1.3 LEACH 算法描述
• 4.1.4 LEACH 算法的优点和缺陷
• 4.1.5 LEACH 算法的现有改进方案
• 4.2 改进协议 LPEA
• 4.2.1 LPEA 算法基本思想
• 4.2.2 LPEA 算法描述
• 4.3 仿真实验
• 4.3.1 仿真实验设置
• 4.3.2 实验结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 PEZCA 协议的设计及其仿真分析
• 5.1 野生动物监测
• 5.1.1 国内外野生动物监测方法
• 5.1.2 无线传感器网络在野生动物监测中的应用
• 5.1.3 野生动物监测中WSN 路由协议设计的要求
• 5.2 PEZCA 协议
• 5.2.1 PEZCA 算法基本思想
• 5.2.2 PEZCA 算法描述
• 5.3 仿真实验
• 5.3.1 仿真实验设置
• 5.3.2 实验结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文主要工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录