【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)是由大量的無線傳感器節(jié)點構成的一種可以具有廣泛用途的網(wǎng)絡,其可用來進行環(huán)境監(jiān)測,軍事監(jiān)控,目標追蹤等應用。通常無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點是一些嵌入式設備,其具有低功耗,能量一定不可充電,存儲能力有限的特點。由于能量固定的特點,網(wǎng)絡運作過程中會出現(xiàn)節(jié)點死亡現(xiàn)象,如何高效利用節(jié)點能量,盡可能的提高網(wǎng)絡生存時間為設計無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議的一個首要考慮的問題。無線傳感網(wǎng)絡路由協(xié)議依據(jù)網(wǎng)絡節(jié)點在路由中的地位分為平面路由和分層路由。分簇路由協(xié)議是分層路由的典型代表。分簇路由利用數(shù)據(jù)聚合技術,極大地提高了網(wǎng)絡生存時間。軟件定義網(wǎng)絡(SDN)在近幾年飛速發(fā)展,逐漸有學者將SDN架構進入到WSN中,通過SDN的高靈活性和高可配置性來提高整個網(wǎng)絡性能。本文提出了一種基于軟件定義網(wǎng)絡的無線傳感網(wǎng)絡非均勻分簇協(xié)議SDUCR(SDN-based Unequal Clustering Routing protocol for WSNs)�，F(xiàn)階段的分簇協(xié)議均為分布式路由,在簇頭選擇階段和路由線路選擇階段節(jié)點間需要大量的信息交換。針對以上不足,SDUCR做了如下優(yōu)化:(1)將分簇工作和路由線路選擇工作交付給控制器。由控制器決定簇頭、簇成員和簇頭到基站的下一跳,然后通過控制包下發(fā)到簇頭節(jié)點。(2)控制器端使用CUCA算法進行分簇,通過對傳感器節(jié)點相互之間的距離和剩余能量,選擇最優(yōu)的簇頭,并使用非均勻分簇方式,使得靠近基站的簇的大小盡量小,簇頭盡量多,從而推遲能量黑洞的出現(xiàn)時間。(3)控制器使用CGMEC算法來建立路由樹�？刂破骶S護整個網(wǎng)絡的拓撲圖,根據(jù)拓撲圖計算出能量耗費最小的路由路徑,從而建立能量耗費最小路由樹。(4)設置能量閾值來控制分簇頻率,當簇頭節(jié)點能量小于能量閾值時,控制器在當前簇內選擇輪換節(jié)點,避免頻繁分簇。仿真實驗表明,SDUCR相比LEACH,HEED,EEUC,CAUCR等協(xié)議,極大地提高了網(wǎng)絡生存時間。
[Abstract]:Wireless sensor network (WSN) is composed of a large number of wireless sensor nodes, which can be widely used in environmental monitoring, military monitoring, target tracking and other applications. Generally, wireless sensor network nodes are embedded devices, which have the characteristics of low power consumption, unrechargeable energy and limited storage capacity. Due to the characteristics of fixed energy, node death will occur in the process of network operation. How to use node energy efficiently and improve the network lifetime as much as possible is a primary consideration in the design of wireless sensor network protocol. Wireless sensor network routing protocols can be divided into planar routing and hierarchical routing according to the status of network nodes in routing. Cluster routing protocol is a typical representative of hierarchical routing. Cluster routing uses data aggregation technology to greatly improve the network lifetime. With the rapid development of software defined network (SDN) in recent years, some scholars have gradually introduced the SDN architecture into WSN and improved the performance of the whole network through the high flexibility and high configurability of SDN. This paper presents a non-uniform clustering protocol SDUCR (SDN-based Unequal Clustering Routing protocol for WSNs).) for wireless sensor networks based on software-defined networks. At present, the clustering protocols are distributed routing, which requires a large amount of information exchange between the nodes in the cluster head selection stage and the routing line selection stage. The optimization of SDUCR is as follows: (1) the work of clustering and routing is delivered to the controller. The controller determines the next hop of cluster head, cluster member and cluster head to the base station, then sends the control packet down to the cluster head node. (2) the controller uses CUCA algorithm to cluster the sensor nodes. By selecting the optimal cluster head and using the non-uniform clustering method, the cluster size near the base station is as small as possible, and the cluster head is as much as possible, thus delaying the emergence of the energy black hole. (3) the CGMEC algorithm is used to build the routing tree. The controller maintains the topology diagram of the whole network, calculates the route path with the least energy consumption according to the topology graph, and establishes the minimum energy consumption routing tree. (4) set up the energy threshold to control the clustering frequency, when the energy of the cluster head node is less than the energy threshold, The controller selects rotation nodes in the current cluster to avoid frequent clustering. The simulation results show that SDUCR can greatly improve the network lifetime compared with the protocols such as Leech HEEDU EucCUCR and so on.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP212.9;TN929.5

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本文編號：2184838