文档介绍：太原理工大学
硕士学位论文
无线传感器网络层次路由协议的设计与实现
姓名:李微
申请学位级别:硕士
专业:计算机科学与技术
指导教师:胡彧
20090401
太原理工大学硕士研究生学位论文
无线传感器网络层次路由协议的设计与实现
摘要
无线传感器网络是一门新兴技术,是传感技术、计算机网络技术、微
机电系统(MEMS)发展的产物。作为一种新型的信息采集和处理技术,日
益收到国内外的高度重视,目前,各国研究者致力于无线传感器网络的路
由协议、MAC层协议、QoS、网络拓扑控制、网络安全等各方面的研究。由
于无线传感器网络通常工作在环境恶劣、地形复杂的场合,更换电池几乎
是不可能的。因此,无论是硬件设计还是软件设计,能量问题始终是需要
考虑的关键问题,特别是在大规模部署的传感器网络中,如何设计专用的
协议来更好地节省能量,是人们关心的首要问题。
和传统的无线网络相比,无线传感器网络有能量约束、数据冗余度高
和多对一的数据流等特点。能量有效性是无线传感器网络的主要性能指标。
根据对无线传感器网络能量管理策略的分析,影响能量消耗的主要因素有:
感知数据、数据处理和无线电通信,其中无线电通信是能量消耗的最主要
的环节。无线传感器网络能量有效性的实现虽然可以在通信协议栈的不同
层加以改进,但由于基础物理层的局限,改进主要在网络层通信协议的设
计与实现,而在所有路由协议中,层次路由协议在均衡网络能量,延长网
络生命周期方面比其他协议更适合实时性应用,因此本文着重对无线传感
器网络层次路由协议进行研究。
本文重点从软件节能角度对无线传感器网络路由协议进行了研究。首
先对无线传感器网络的概念、特征、体系结构做了简要介绍,并将它和其
它无线网络进行比较;接着概述了无线传感器网络路由技术的特点和设计
考虑的因素,对现有无线传感器网络路由协议进行分类,并对各类路由协
议进行了对比研究;然后着重分析了典型的层次路由协议——LEACH协议,
I
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针对其弊端,提出了自己的改进思路,最后,提出了一种新型的层次型路
由算法——EECH。
EECH算法是在层次路由协议的基础上,提出的一种多跳的高效节能的
分簇算法。算法中节点根据当前能量与网络平均能量来竞争簇头,而簇头
之间根据簇头节点的能量和距汇聚节点的距离来运行成链算法,簇头节点
将收集到得数据进行数据融合后发送到父簇头节点,然后通过根节点将整
个网络收集的数据发送到sink节点,这样簇头节点就可以避免因为进行数
据传输而造成过早的死亡,同时可以扩展网络规模,实验结果显示,该算
法和LEACH算法相比,可以很好的节省能量开销,延长网络生命周期。
关键词:无线传感器网络,层次路由协议,能量高效
II
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DESIGN AND REALIZATION OF HIERARCHY
ROUTING PROTOCOL IN WIRELESS SENSOR
NETWORK
ABSTRACT
Wireless work (WSN) is a new technology. It appeared after
sensor technology, computer technology, and MEMS technology developed. AS
a new technology of information collection, WSN is paid more attention in a lot
domain. At present, many investigations are studied on routing, MAC protocol,
Qos, network topology, network security and so on. Because of the bad working
circumstance plex working terrain, replace batteries for WSN is
impossible. So energy problem is a important problem no matter in hardware or
software design. Especially in large-scale WSN, how to design special protocol
to save energy is than people care about.
Wireless work differs from