發(fā)布時間：2017-04-14 17:03

  本文關鍵詞：能量有效的無線傳感網分簇路由協(xié)議研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無線傳感器網絡從20世紀70年代發(fā)展至今,得到了越來越多的重視和應用,尤其是近幾年隨著“物聯網”概念的興起,無線傳感器網絡已經滲透到工業(yè)、農業(yè)、軍事、醫(yī)療、生活等各個領域。但由于傳感器節(jié)點的能量受限,使得能量效率成為限制無線傳感器網絡發(fā)展的最主要因素,因此,設計能量有效的路由協(xié)議是十分必要的。針對無線傳感器網絡由于能量消耗不均衡而導致的網絡“熱區(qū)”問題,在非均勻分簇的基礎上,綜合考慮網絡中各節(jié)點的剩余能量和相對位置信息,提出一種基于能耗均衡的非均勻分簇路由協(xié)議(ECBUC協(xié)議)。在選擇候選簇首節(jié)點時引入能量因子,使剩余能量較高的節(jié)點成為簇首的機會更大;在分簇過程中,根據簇首距匯聚節(jié)點的距離控制其成簇半徑的大小,從而達到非均勻分簇的目的;在選擇簇間路由時,綜合各簇首節(jié)點的能量和位置等信息提出路徑影響因子,通過選擇路徑影響因子更高的節(jié)點來建立路徑,保證簇間路由的能耗均衡,從而延長網絡的生命周期。通過仿真分析可以驗證,ECBUC協(xié)議有效地平衡了網絡各階段的能耗,與EEUC協(xié)議相比,網絡生命周期平均延長了22.29%,協(xié)議性能穩(wěn)定,能很好地適應復雜的環(huán)境。針對無線傳感器網絡在數據傳輸過程中的可靠性和能量高效利用問題,在ECBUC協(xié)議的基礎上,結合隨機線性網絡編碼技術和多路徑路由策略,提出了一種基于網絡編碼的能量有效多路徑分簇路由協(xié)議(UCBNC協(xié)議),首先,將隨機網絡編碼和多路徑分簇路由結合,提出了完整的隨機網絡編碼方案,簇首節(jié)點將來自簇成員節(jié)點的數據融合后進行編碼,再將生成的多個編碼包發(fā)送到多條路徑上傳輸,每個中間節(jié)點將數據重新編碼轉發(fā),直到匯聚節(jié)點可以解碼恢復出原始數據;在網絡路由機制的設計中立足于ECBUC協(xié)議,保留原有的非均勻分簇方法,并將單路徑路由發(fā)展為多路徑路由,增加數據的編碼機會,同時均衡各節(jié)點的能耗,使數據得到可靠、高效的傳輸。UCBNC協(xié)議利用網絡編碼在提升網絡性能方面的優(yōu)勢與非均勻分簇路由均衡能耗的作用,在均衡網絡能耗的同時提高網絡的可靠性和網絡在數據傳輸階段的能量效率。在仿真實驗中,將UCBNC協(xié)議與ECBUC協(xié)議和基于ECBUC協(xié)議的多路徑路由協(xié)議進行對比,通過對成功交付率、標準化冗余度、標準化能量消耗、網絡生命周期四個性能指標的比較,驗證了UCBNC協(xié)議能夠提高網絡的可靠性,在數據傳輸的過程中可以更加有效地利用能量,提高網絡的能量效率。本文的主要創(chuàng)新點為:(1)在簇的建立過程中,首先在簇首預選階段引入能量因子,使高能量節(jié)點參選的可能性增大;其次通過競爭算法將網絡劃分為面積不均等的簇,從而改善網絡的“熱區(qū)”問題,均衡網絡的能耗。(2)在簇間路由形成階段提出綜合考慮中間節(jié)點剩余能量和相對位置的路徑影響因子,以協(xié)調簇間通信的代價和網絡的能量分布,延長網絡的生命周期。(3)將隨機網絡編碼與分簇路由結合,提出完整的隨機網絡編碼方案,使網絡編碼在路由過程中得以實現,針對分簇型無線傳感器網絡的結構特點設計了基于部分網絡編碼的路由機制,實現了數據在節(jié)點間可靠、高效地傳輸,提高了網絡的可靠性和能量效率。
【關鍵詞】：無線傳感器網絡 分簇路由 能耗均衡 能量效率 可靠性 網絡編碼
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 研究的背景與意義11-12
• 1.2 國內外發(fā)展現狀12-14
• 1.3 論文的主要內容與創(chuàng)新點14-15
• 1.4 論文的組織結構15-17
• 第2章 相關技術介紹17-27
• 2.1 無線傳感器網絡17-21
• 2.1.1 無線傳感器網絡概念17-18
• 2.1.2 無線傳感器節(jié)點結構18
• 2.1.3 無線傳感器網絡體系結構18-21
• 2.2 網絡編碼21-25
• 2.2.1 網絡編碼與路由的比較21-22
• 2.2.2 網絡編碼的優(yōu)勢及劣勢22-24
• 2.2.3 隨機線性網絡編碼24-25
• 2.3 本章小結25-27
• 第3章 無線傳感器網絡路由協(xié)議27-33
• 3.1 無線傳感器網絡路由協(xié)議分類27-29
• 3.2 幾種典型的無線傳感器網絡路由協(xié)議29-31
• 3.2.1 分簇路由協(xié)議29-31
• 3.2.2 多路徑路由協(xié)議31
• 3.3 無線傳感器網絡路由協(xié)議設計要求31-32
• 3.4 本章小結32-33
• 第4章 能耗均衡的非均勻分簇路由協(xié)議33-45
• 4.1 引言33-34
• 4.2 系統(tǒng)模型34-35
• 4.2.1 網絡模型34
• 4.2.2 能耗模型34-35
• 4.3 ECBUC路由協(xié)議35-38
• 4.3.1 網絡初始階段35
• 4.3.2 簇的建立35-37
• 4.3.3 簇間路由的建立37-38
• 4.4 仿真及分析38-44
• 4.4.1 仿真參數設置38-39
• 4.4.2 仿真結果分析39-44
• 4.5 本章小結44-45
• 第5章 基于網絡編碼的能量有效多路徑分簇路由協(xié)議45-61
• 5.1 引言45
• 5.2 系統(tǒng)模型45-47
• 5.2.1 網絡模型45-46
• 5.2.2 性能指標46-47
• 5.3 UCBNC路由協(xié)議47-50
• 5.3.1 實用網絡編碼方案47-48
• 5.3.2 改進的路由機制48-50
• 5.4 性能分析及仿真50-60
• 5.4.1 性能分析51-56
• 5.4.2 仿真參數設置56
• 5.4.3 仿真結果分析56-60
• 5.5 本章小結60-61
• 第6章 總結與展望61-63
• 參考文獻63-69
• 作者簡介及科研成果69-71
• 致謝71

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