無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇及路由算法研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前世界各國關(guān)注的熱門課題,它是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成,通過無線通信技術(shù)自組織構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息,并發(fā)送給觀察者。由于傳感器節(jié)點自身能量非常有限,在實際應(yīng)用環(huán)境中,一個很重要的問題就是如何降低節(jié)點的能耗從而延長網(wǎng)絡(luò)的生命期。路由協(xié)議的設(shè)計對提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的整體性能具有舉足輕重的意義,如何合理地設(shè)計路由協(xié)議從而節(jié)省傳感器節(jié)點的能量并最終延長

2、網(wǎng)絡(luò)的生命期就顯得特別重要。此外,在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)中采用分層結(jié)構(gòu)特別是分簇結(jié)構(gòu),已被證實非常適合于大規(guī)模、高密度隨機部署的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。本學(xué)位論文從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)入手,重點對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇及路由算法進行研究。
　　 論文共分為六章。
　　 第1章綜述無線傳感器網(wǎng)絡(luò),并給出論文的課題背景、研究現(xiàn)狀、主要內(nèi)容及章節(jié)概要。
　　 第2章研究基于網(wǎng)絡(luò)負載平衡的分簇算法,提出響應(yīng)式分布分簇算法

3、(Responsive Distributed Clustering Aigorithm,RDCA)。該算法不需預(yù)先得知節(jié)點自身及其他節(jié)點的位置信息,而僅根據(jù)局部拓撲信息快速進行分布式的簇頭選舉,并根據(jù)代價函數(shù)進行簇的劃分,適用于周期性獲取信息的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。理論分析和仿真結(jié)果表明,該算法能顯著改善原DCA算法的負載平衡性能,同時與LEACH協(xié)議相比具有較小的協(xié)議開銷,能夠減少能量消耗,并延長約40％的網(wǎng)絡(luò)生命周期。
　　 第

4、3章主要針對網(wǎng)格式拓撲條件下的路由權(quán)值選取進行研究,給出路由權(quán)值選取方案ELP(Engergy,Link quality and usage Proportion)。ELP是一種基于節(jié)點剩余能量、鏈路質(zhì)量以及鏈路利用率的路由權(quán)值表示,該權(quán)值的獲取僅依靠局部拓撲信息。理論分析和仿真結(jié)果表明,在相同的系統(tǒng)參數(shù)條件下,使用該權(quán)值的路由算法可獲得較高的包接收率、網(wǎng)絡(luò)吞吐率以及生命周期。
　　 第4章設(shè)計了一種分布式二級路由(Distri

5、buted Two-Tier Routing,DTTR)協(xié)議。該協(xié)議由簇內(nèi)路由及簇問路由兩部分組成,簇內(nèi)采用基于TDMA的單跳星型組網(wǎng)方式,而簇間采用多跳Mesh方式組網(wǎng)。在簇間多跳路由算法中引入了博弈理論,通過多階段有限次重復(fù)博弈,并采用基于鏈路質(zhì)量標(biāo)識(Link Quality Indicator,LQI)的鏈路質(zhì)量度量,較好地解決了網(wǎng)絡(luò)在多種約束下的均衡問題。理論分析與仿真結(jié)果表明,DTTR協(xié)議能在保證數(shù)據(jù)傳送可靠性的基礎(chǔ)上平衡節(jié)

6、點能量消耗,從而降低因為個別節(jié)點暫時能量耗盡而使網(wǎng)絡(luò)階段性失效的危險,吞吐率得以提高而剩余能量標(biāo)準(zhǔn)差明顯降低。
　　 第5章將理論與實際相結(jié)合,設(shè)計了一種用于精細農(nóng)業(yè)微灌監(jiān)控系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),詳細描述了各功能模塊的硬件及軟件設(shè)計與實現(xiàn),包括傳感器節(jié)點、太陽能控制器節(jié)點、視頻節(jié)點、網(wǎng)關(guān)以及遠程控制中心軟件。系統(tǒng)的實際運行情況驗證了設(shè)計的合理性及有效性,對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在智能農(nóng)業(yè)等方面的應(yīng)用進行了有益的探索。