基于环状簇结构的WSN节能路由及其容错性研究

论文摘要

近年来，随着集成电路制作工艺的不断提高，无线通信和数字化电子学的飞速发展，已经使低成本，低功率，尺寸小并且能短距离通信的多功能传感器节点的研制成为可能。大量这种微传感器节点通过无线通信的方式组成了一个传感器网络，他们之间互相协调工作，对所部署区域进行实时监测。 无线传感器节点能量有限并且应用环境复杂，所以对它的任何研究都必须考虑节能的问题。目前的研究除了在单个节点上研究节能机制外，很多的研究主要考虑组网和数据路由时的节能技术。 本文基于最新提出的一种环状簇的概念。由于节能的考虑，我们引进了拓扑控制，对基本的组环算法进行了改进。 论文在环状簇的基础上，提出了完整的路由策略。通过全局跳数信息发布和环跳数确定算法，建立了节点和环到sink节点的跳数信息，事实上是在环状簇的结构上建立了一个进一步的结构。根据这个结构，节点和环知道自己离开sink节点的跳数，并且知道哪些节点和环离sink节点比自己近。路由算法在这个结构上进行，主要考虑了负载均衡的问题。 论文还建立了在节点失效情况下环的恢复算法，保证了这种结构的容错性和可靠性。 论文接着进行了模拟，模拟比较了算法中涉及的一些参数对算法的影响。并且把算法跟已有的经典的算法进行了比较，结果显示，我们的组网和路由策略在节能方面做得更好。 论文最后总结了课题的研究成果，并概述了下一步的研究方向。

论文目录

• 图目录
• 表目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 概述
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 无线传感器网络的国防和其他应用
• §1.2 无线传感器网络的体系结构
• 1.2.1 无线传感器网络的基本结构
• 1.2.2 平面型传感器网络
• 1.2.3 层次型传感器网络
• §1.3 无线传感器网络的软件环境
• 1.3.1 操作系统
• 1.3.2 数据库软件
• §1.4 无线传感器网络中组网和路由研究的重要意义
• 1.4.1 无线传感器网络的特点
• 1.4.2 无线传感器网络中组网和路由的重要性和挑战
• §1.5 本文的工作及论文结构
• 1.5.1 本文的主要工作
• 1.5.2 论文结构
• 第二章 无线传感器网络的拓扑控制和路由策略
• §2.1 无线传感器网路中的节能技术研究
• 2.1.1 无线传感器节点的组成
• 2.1.2 节点的节能技术
• 2.1.3 整个网络的节能技术
• §2.2 无线传感器网络中的拓扑控制
• 2.2.1 拓扑控制的意义
• 2.2.2 拓扑控制需要满足的性质
• 2.2.3 拓扑控制问题的研究方法
• §2.3 无线传感器网络中的路由协议
• 2.3.1 平面路由协议
• 2.3.2 层次路由协议
• 2.3.3 EAR（Energy Aware Routing）协议
• §2.4 本章小结
• 第三章 基于拓扑控制的组环算法
• §3.1 KC拓扑控制和改造
• 3.1.1 KC拓扑控制内容
• 3.1.2 KC拓扑控制算法的扩充
• §3.2 环状簇的概念和基本的组环算法
• 3.2.1 环状簇的基本概念
• 3.2.2 基本的组环算法
• §3.3 组环算法的改进
• §3.4 小结
• 第四章 环到处理中心跳数信息的发布和路由
• §4.1 概述
• §4.2 全局跳数信息的发布
• 4.2.1 全局跳数信息发布算法
• 4.2.2 算法的性质
• 4.2.3 全局跳数信息发布算法的执行
• §4.3 环跳数的确定
• 4.3.1 环跳数生成算法
• 4.3.2 环跳数生成算法的说明
• 4.3.3 算法的执行
• §4.4 数据从节点到处理中心的路由
• 4.4.1 路由算法
• 4.4.2 路由算法的执行
• 4.4.3 小结
• §4.5 小结
• 第五章 节点失效情况下环的恢复算法
• §5.1 无线传感器网络中的容错
• 5.1.1 研究意义
• 5.1.2 国内外的研究内容和水平
• 5.1.3 小结
• §5.2 节点失效情况下环的重组
• 5.2.1 节点失效的容错算法
• 5.2.2 算法评价
• §5.3 小结
• 第六章 性能评价
• §6.1 各参数对平均跳数的影响
• 6.1.1 模拟实验设定和实现思想
• 6.1.2 参数k和环的大小对环平均跳数的影响
• §6.2 无线传感器网络生存时间的模拟和比较
• 6.2.1 无线电模型
• 6.2.2 生存时间的定义
• 6.2.3 模拟的环境设定和实现思想
• 6.2.4 传统生存时间定义的模拟比较
• 6.2.5 新的生存时间定义的模拟比较
• 6.2.6 能量消耗的模拟比较
• §6.3 结论
• 第七章 结束语
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文
• 参考文献