无线传感器网络能量均衡分簇路由协议的研究

论文摘要

传感器、嵌入式计算、网络和无线通信技术的进步,推动了无线传感器网络的产生和发展。无线传感器网络通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息。传感器节点的能源、计算能力和带宽有限,传统的无线路由协议不适合无线传感器网络。从而设计能够有效节约能源,延长网络生命周期的路由协议成为了无线传感器网络研究的一个重点。LEACH路由协议是传感器网络中经典的路由协议,但是它也存在许多缺陷,在LEACH协议中,当簇头以多跳通信的方式将数据传输至数据Sink节点时,靠近Sink节点的簇头不仅聚合簇内节点的数据,也负责转发其他部分簇头数据,负载过重,可能过早耗尽能量而失效。本文提出的能量均衡分簇路由协议(EBC)通过调整簇内成员节点规模,使各簇头节点能量消耗均衡。EBC路由协议在簇重构过程中通过综合考虑候选节点的剩余能量和周围节点密度参数来优化簇头的选择,从而剩余能量低的节点不会成为簇头。在本文中,首先介绍了无线传感器网络的发展历程和多种无线传感器网络的应用；其次,介绍了几种无线传感器网络路由协议；然后分析了经典的LEACH路由协议；再次,提出了能量均衡分簇路由协议；最后,Network Simlator 2(NS2)平台上的仿真结果显示EBC协议与LEACH协议相比,极大的提高了网络寿命。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 无线传感器网络概述
• 1.2 无线传感器网络应用设计所面临的挑战
• 1.3 无线传感器网络的应用领域
• 1.4 无线传感器网络的关键技术
• 1.5 课题研究的目的和意义
• 1.6 论文的主要工作和结构安排
• 第2章 无线传感器网络路由协议的研究
• 2.1 无线传感器网络的特点
• 2.2 无线传感器网络节点能耗分析
• 2.3 无线传感器网络路由协议设计目标
• 2.4 无线传感器网络路由协议分类
• 2.4.1 扩散法（Flooding）
• 2.4.2 闲聊法（Gossiping）
• 2.4.3 SAR协议
• 2.4.4 SPIN协议
• 2.4.5 定向扩散（Directed Diffusion）
• 2.4.6 LEACH协议
• 2.4.7 PEGASIS协议
• 2.4.8 TEEN协议
• 第3章 LEACH路由协议的研究
• 3.1 LEACH协议的物理模型
• 3.2 LEACH协议簇头的选举方法
• 3.3 协议的工作流程分析
• 3.3.1 建立阶段
• 3.3.2 稳定阶段
• 3.4 LEACH协议存在的问题
• 3.5 目前已经存在的对LEACH协议改进的方法
• 3.5.1 LEACH-C、LEACH-F和LEACH-E
• 3.5.2 HEED
• 3.5.3 DCHS算法
• 3.5.4 EECS
• 第4章 能量均衡的分簇路由协议的设计
• 4.1 引言
• 4.2 网络模型
• 4.3 EBC协议针对LEACH协议改进的目标
• 4.4 EBC路由协议的基本思想
• 4.5 EBC路由协议的工作流程
• 4.5.1 竞选簇头阶段
• 4.5.2 形成簇阶段
• 4.5.3 路由树的生成阶段
• 4.5.4 数据的稳定传输阶段
• 4.6 EBC路由协议的包格式
• 第5章 路由协议的模拟实现与性能评价
• 5.1 NS2仿真环境
• 5.1.1 NS2网络仿真系统
• 5.1.2 NS2仿真组成结构
• 5.1.3 资源自适应节点类
• 5.2 模拟实现
• 5.2.1 模拟场景
• 5.2.2 模拟参数
• 5.2.3 模拟实验的运行
• 5.2.4 模拟数据的搜集
• 5.3 性能评价
• 5.3.1 评价指标
• 5.3.2 结果分析
• 第6章 结论
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文和参加的项目