无线传感器网络能量最优路由协议研究与仿真硕士学位论文 精品Word格式文档下载.docx
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TheResearchandSimulationofEnergyOptimalRoutingProtocolforWirelessSensorNetwork
兰州交通大学
LanzhouJiaotongUniversity
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作者签名:
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日期:
导师签名:
日期:
摘要
传感器、嵌入式计算、网络和无线通信四大技术孕育了无线传感器网络。
无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理、传输技术,通常包含大量的自组织成多跳无线网络的分布式传感节点。
由于无线传感器网络具有组网快捷、灵活,且不受有线网络约束的优点,无线传感器网络可以被广泛的应用于军事,商业,医疗救护,环境监测等多方面,具有广泛的应用前景。
无线传感器网络作为现代通信技术中一个新的研究领域,引起了学术界和工业界的高度重视。
由于无线传感器网络通常由大量密集的传感器节点构成,节点的能源、计算能力和带宽都非常有限,传统的无线路由协议不适合无线传感器网络。
无线传感器网络路由协议设计的首要目标是有效节约能源,延长网络生命周期。
本文主要对无线传感网络路由协议进行了研究,主要工作包括以下几个方面:
(1)根据无线传感器网络路由协议设计的要求,对经典的路由协议进行分析比对分析。
(2)对经典的以数据为中心的路由协议定向扩散算法进行学习,分析了定向扩散协议的关键技术。
(3)针对定向扩散协议存在的一些问题,引入了具有能量感知系统的临时Sink节点,提出了改进的能量感知扩散协议(EADR)。
在EADR算法中,节点的兴趣是有规律的扩散,并采用递归方式进行梯度建立和路径加强。
(4)在MATLAB仿真平台上,对原定向扩散协议与EADR能量感知扩散协议进行仿真比较。
仿真结果表明,改进后的路由协议EADR使得整个网络在较低的能耗水平下获得了较长的生命周期,具有较好的能量优化特性,适合大规模网络。
关键词:
无线传感器网络,路由协议,定向扩散,EADR
论文类型:
应用基础研究
Abstract
Wirelesssensornetwork,anewgenerationofsensornetwork,wasformedbythecombinationofsensorsembeddedcalculation,networkandwirelesscommunicationtechnology.TheWSNiswidelyappliedinmilitary,commercial,medicalandenvironmentmonitoringfields.Becauseitisflexibleandconvenient.
Thewirelesssensornetworkconsistsofalargequantityofsensornodeswhosepower,calculationabilityandbandwidtharesolimitedthattraditionalwirelessroutingprotocolisnotsuitableforwirelesssensornetwork,itisthekeypointtosavepowerandprolongthelifetimeofnetworkintheresearchofwirelesssensornetwork.Inthearticle,wedeeplyresearchtherouterprotocolofwirelesssensornetworksanddosomework.
Accordingtowirelesssensornetworkroutingprotocoldesigndesire,weanalysistheclassicroutingprotocol.
Studyoftheclassicdata-centricroutingprotocolDirectedDiffusionproliferation,analysisthedirectionalkeytechnologyofDirectedDiffusionprotocol.
DirectedDiffusionprotocolexistsomeoftheproblems,theintroductionofenergy-awaresystemswithtemporarySinknodetoimprovetheproliferationofenergy-awareprotocol(EADR).AtEADR,theinteresteddataintherehavedisciplinarianwaytodiffusion,anduserecursivemannertogradsconstituteandstrengthen.
IntheMATLABsimulationplatform,tocomparisontheDirectedDiffusionprotocolandEnergyawareDiffusionRouting.
ThesimulationresultsshowthattheimprovedroutingprotocolEADRmaketheentirenetworkatalowerenergyleveltoobtainalongerlifecycle,withabetterenergyoptimizationofthecharacteristics,suitablelarge-scalenetwork.
KeyWords:
wirelesssensornetwork;
routingprotocol;
directeddiffusion;
EADR
目录
摘要
Abstract
1无线传感器网络概述1
1.1传感器网络体系结构1
1.1.1传感器网络结构1
1.1.2传感器网络节点2
1.2传感器网络的特征4
1.3传感器网络协议栈5
1.4传感器网络的关键技术7
1.5本论文研究的目的和意义7
1.6本论文的主要工作和篇章结构8
2无线传感器网络协议9
2.1传感器网络MAC层描述9
2.2典型的MAC层协议9
2.2.1固定分配类MAC协议9
2.2.2基于竞争类MAC层协议11
2.3路由协议13
2.4典型的路由协议14
2.4.1泛洪路由协议14
2.4.2以数据为中心的路由协议16
2.4.3可靠路由协议18
2.4.4分层次的路由协议19
2.5路由协议评价和设计中的考虑因素21
2.5.1路由协议性能评价21
2.5.2路由协议设计中的考虑因素24
2.6本章小结25
3定向扩散协议的研究与改进26
3.1定向扩散协议算法研究26
3.1.1定向扩散协议的能耗模式26
3.1.2定向扩散协议的算法细节27
3.2定向扩散协议算法关键技术28
3.2.1兴趣扩散28
3.2.2梯度建立28
3.2.3路径加强29
3.3定向扩散协议算法的改进30
3.3.1改进算法介绍30
3.3.2原算法与改进算法的工作周期机制31
3.3.3原算法与改进算法的功耗比对34
3.4本章小结36
4仿真测试与评价37
4.1仿真平台介绍38
4.2仿真参数设置39
4.3仿真条件假设39
4.4仿真场景生成39
4.5性能评价指标41
4.6仿真结果分析41
4.7本章小结50
结论52
致谢53
参考文献54
附录一58
附录二65
攻读学位期间的研究成果73
1无线传感器网络概述
传感器技术、通信技术和计算机技术是现代信息技术的三大支柱,它们分别完成被测量对象的信息提取、信息传输及信息处理工作[1]。
目前,信息传输与处理技术已取得突破性进展,随着微电子技术的高速发展和工艺的日益成熟,传感器也朝着集成化、微型化、智能化的方向发展。
在实际应用中,很多数据采集系统具有采集范围大、采集点众多、布线困难等特点,传统的传感器通过总线方式组网,很难满足各种应用要求。
于是,融合了以上三大技术的无线传感器网络(WirelessSensorNetwork)应运而生。
无线传感器网络是由大量传感器节点通过无线通信技术组成的自组织网络,集数据的采集、传输、融合分析与一体,是信息技术的一个新领域,在军事侦察、环境监测、医疗监护、城市交通管理、仓储管理等领域具有广阔的应用前景[2]。
最早的传感器网络出现在上世纪七十年代,将传统传感器采用对点传输、连接传感控制器而构成传感器网络,我们称之为第一代传感器网络。
随着传感器技术以及计算机技术的发展,传感器网络同时还具有了获取多种信息信号的综合处理能力,并通过传感控制器相联,组成了有信息综合和处理能力的传感器网络,这是第二代传感器网络。
而从上世纪末开始,现场总线技术开始应用于传感器网络,人们用其组建智能化传感器网络,大量多功能传感器被运用,并使用无线技术连接,无线传感器网络逐渐形成。
如果说
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