文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
无线传感器网络分簇路由算法研究
姓名:蔡烽
申请学位级别:硕士
专业:通信与信息系统
指导教师:蒋铃鸽
20080101
上海交通大学硕士学位论文:无线传感器网络分簇路由算法研究
无线传感器网络分簇路由算法关键技术的研究
摘要
由传感器、微机电系统和网络三大技术融合而形成的无线传感器
网络采用了全新的信息获取和处理技术, 可广泛用于军事、国家安
全、环境科学、交通管理、反恐维和以及灾害预测等领域, 其巨大的
科学意义和应用价值,已经引起了学术界、工业界和军事部门的极大
关注,各种面向具体应用的无线传感器网络路由协议应运而生。
论文首先对无线传感器网络目前的研究状况进行了阐述,接着对
无线传感器网络路由协议进行了综述。无线传感器网络自组织路由算
法分为基于平面结构的算法和基于层次结构的算法。层次结构与平面
结构相比,在网络管理、系统扩展性、降低系统开销、提高网络吞吐
能力以及 QoS 支持等各方面都存在明显的优势。所以,随着应用的
增加,大规模的无线传感器网络逐渐呈现出层次化的趋势,基于层次
型结构的自组织分簇路由算法是目前研究的重点。
论文第三部分研究了无线传感器网络的分布式分簇路由算法。在
簇首选举算法、成簇算法和簇内通信算法这三方面提出了新的算法。
第三章首先证明了经典 LEACH 算法的不确定性将会导致某些
节点过快耗尽电池能量而缩短网络生存期。在此基础上设计了一种适
用于无线传感器网络的基于节点剩余能量的簇首选举算法,该算法在
簇首的选举过程中, 充分考虑到簇首节点的耗能性, 让剩余能量比较
I
上海交通大学硕士学位论文:无线传感器网络分簇路由算法研究
多的节点有更大的概率当选簇首, 仿真结果表明该算法均衡了整个
网络的能量, 有效地延长了系统生命,提高了网络的能耗效率。
第四章分析了传统分簇算法网络成簇算法的不足, 选择以节点
与簇首的距离和簇首能量剩余值为参数的复合距离来确定节点的簇
归属, 同时由于簇首在簇通信中的重要性, 我们在每个簇中选择备用
簇首, 来增加簇通信的稳定性。当网络中原簇首的能量低于一定数量
值时, 备用簇首将被自动切换为新簇首, 原簇首将被切换为备用簇首,
理论分析和仿真结果一致表明本算法明显延长了无线传感器网络的
生存周期。
第五章分析了传统分簇算法簇内通信定长时隙的不足, 如果设
置得太短,就会导致簇内节点在活跃-睡眠状态之间频繁来回切换,
将损耗更多的来回切换时的能量; 如果设置得太长,在每个时隙数
据包发送完毕,发送节点和簇首就都处于空闲状态,空闲等待的能量
将得到损耗。传感器网络的数据流是不断变化的, 针对以上的不足和
数据流的特点, 提出了一种无线传感器网络中基于自适应流量的
TDMA 分簇算法簇内通信算法,该算法根据当前节点数据流量的变
化,自适应地调整该节点在其簇中的时隙长度,减少节点空闲时消耗
的能量和节点从睡眠到活跃状态来回切换的能量。仿真结果表明,运
用这种算法,可以节省节点的能量,提高网络的生存时间。
在最后部分,总结了全文,展望了未来的研究方向。
关键词:无线传感器网络; 自组织路由算法; 分簇算法; 网络生存
时间; 低能耗
II
上海交通大学硕士学位论文:无线传感器网络分簇路由算法研究
Research on Clustering Routing Algorithms in
Wireless works
ABSTRACT
Wireless works, which is made the convergence of
sensor, micro-electro-mechanism system works technologies,
adopts a novel technology about acquiring and processing information. It
can be used in many applications, such as health, military, national
security, habitat monitoring, managing inventory, monitoring product
quality, and monitoring disaster areas etc. . Wireless work is a
new research area of multiple disciplines and has a wide application
future. Both acade