本文關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗路由協(xié)議研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的大量低成本、低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織方式形成的網(wǎng)絡(luò),傳感器節(jié)點(diǎn)具備感知、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和無(wú)線通信能力,通過(guò)協(xié)作的方式采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的信息。隨著近年來(lái)半導(dǎo)體硬件制造以及軟件算法技術(shù)的提高,包括我國(guó)在內(nèi)的世界上許多國(guó)家都加大了對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究投入和力度,使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事偵察、道路交通、醫(yī)療衛(wèi)生以及空間探測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域得到空前的發(fā)展。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議與其它網(wǎng)絡(luò)相比還不夠成熟,沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),但同時(shí)也意味著具有很大的研究空間,誕生了大量重要研究成果。部分研究從轉(zhuǎn)發(fā)效率著手,致力于提高帶寬利用率和減少延時(shí)：部分研究從能耗性著手,致力于降低網(wǎng)絡(luò)工作能耗,延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮作用的環(huán)境通常是人跡罕至,對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)是一項(xiàng)很困難甚至無(wú)法完成的任務(wù),所以從實(shí)用角度來(lái)看,對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的能耗性研究更有意義。研究者們對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議能耗性的研究主要從兩個(gè)方向入手：一是減少轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù),二是減少轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)量。本文結(jié)合不同的應(yīng)用,利用機(jī)會(huì)主義思想,對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議進(jìn)行研究,重點(diǎn)研究了在不同應(yīng)用環(huán)境下的低能耗的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議。本文從減少轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)入手,分別研究平面型固定基站以及移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的路由協(xié)議(第三章、第五章、第六章)；又從減少轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)量角度入手,研究層次型路由協(xié)議(第四章)。本文首先研究在單個(gè)數(shù)據(jù)源連續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用下,需要一種基于數(shù)據(jù)和查詢的平面路由協(xié)議,且能夠比現(xiàn)有的定向擴(kuò)散路由協(xié)議更節(jié)省能耗(第三章)。當(dāng)應(yīng)用環(huán)境變化,一定區(qū)域的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)互相存在冗余度,網(wǎng)絡(luò)中存在多個(gè)數(shù)據(jù)源,甚至全部節(jié)點(diǎn)均為數(shù)據(jù)源的情況下,平面路由協(xié)議將不能適用,需要能夠有效進(jìn)行數(shù)據(jù)融合的層次路由協(xié)議來(lái)發(fā)揮作用。然后考慮到層次路由協(xié)議簇頭與基站直接通信能量消耗過(guò)大,且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境惡劣時(shí)重傳數(shù)據(jù)會(huì)造成能量過(guò)度消耗,本文研究了采用簇頭多跳傳輸方式并能在惡劣通信環(huán)境下減少數(shù)據(jù)重傳能量消耗的層次路由協(xié)議(第四章)。無(wú)論平面或是層次路由協(xié)議,當(dāng)基站固定時(shí),傳感器節(jié)點(diǎn)的分布總會(huì)造成能量消耗的不均衡。本文最后研究了基于移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的路由協(xié)議來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)中能量消耗不均衡的問(wèn)題,提出的兩種路由協(xié)議分別適用于較密集的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和較稀疏的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用(第五章、第六章)。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新工作如下：1、通過(guò)對(duì)平面路由協(xié)議的研究提出了一種基于機(jī)會(huì)路由的定向擴(kuò)散組播協(xié)議(DDOR)。定向擴(kuò)散路由協(xié)議通過(guò)興趣擴(kuò)散來(lái)建立最優(yōu)路徑,機(jī)會(huì)路由通過(guò)機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)提高轉(zhuǎn)發(fā)效率,DDOR將兩者的優(yōu)勢(shì)有效結(jié)合,建立基于最優(yōu)路徑的轉(zhuǎn)發(fā)列表。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中,數(shù)據(jù)包從轉(zhuǎn)發(fā)列表中提取組播目的節(jié)點(diǎn)集合,對(duì)數(shù)據(jù)傳輸路徑進(jìn)行優(yōu)化,減少轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)能耗的節(jié)省。DDOR通過(guò)限制組播目的節(jié)點(diǎn)集合的節(jié)點(diǎn)數(shù)目對(duì)協(xié)議性能進(jìn)一步優(yōu)化,縮短節(jié)點(diǎn)間的轉(zhuǎn)發(fā)等待時(shí)間,從而減少源節(jié)點(diǎn)到基站數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r(shí)。2、通過(guò)對(duì)層次路由協(xié)議的研究提出了一種基于機(jī)會(huì)路由的多層次LEACH協(xié)議(LEACH-MLOR)。LEACH-MLOR融合了兩種層次結(jié)構(gòu),分別是基于不同功率范圍的節(jié)點(diǎn)等級(jí)和基于節(jié)點(diǎn)相互關(guān)系的分簇結(jié)構(gòu),根據(jù)節(jié)點(diǎn)等級(jí)來(lái)優(yōu)化LEACH協(xié)議中選擇簇頭的門(mén)限,并根據(jù)節(jié)點(diǎn)等級(jí)來(lái)建立簇頭之間的多跳路徑,協(xié)議算法簡(jiǎn)單且有效。LEACH-MLOR基于機(jī)會(huì)路由的思想提出一種輔助節(jié)點(diǎn)機(jī)制來(lái)減少簇間通信失敗時(shí)數(shù)據(jù)重傳造成的能量過(guò)度消耗,由輔助節(jié)點(diǎn)以低功率重傳數(shù)據(jù)來(lái)代替簇頭間高功率的重傳。3、通過(guò)對(duì)移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究提出了一種基于燈塔-浮標(biāo)結(jié)構(gòu)的移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議(BBR-MS)。BBR-MS提出一種利用燈塔節(jié)點(diǎn)代替匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行興趣查詢的機(jī)制,在興趣查詢的同時(shí)建立樹(shù)狀轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)構(gòu),并加入可以與匯聚節(jié)點(diǎn)直接通信的浮標(biāo)節(jié)點(diǎn),避免了通信路徑中最后一跳的額外開(kāi)銷。BBR-MS通過(guò)引入移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)和減少網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)刷新次數(shù),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)總體能耗的降低和各節(jié)點(diǎn)能耗的相對(duì)均衡。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)滿足重連通條件時(shí),基于重連通圖的優(yōu)化機(jī)制優(yōu)先選擇通信負(fù)擔(dān)較輕的節(jié)點(diǎn)來(lái)建立樹(shù)狀轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)構(gòu)。通過(guò)優(yōu)化機(jī)制,可以使得網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的能量消耗更加均衡。4、通過(guò)對(duì)移動(dòng)軌跡的研究提出了一種基于熱點(diǎn)追蹤的移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議(HTR-MS)。HTR-MS提出一種熱點(diǎn)追蹤+熱點(diǎn)時(shí)間學(xué)習(xí)的路由機(jī)制,更適用于對(duì)能耗要求高的具有移動(dòng)Sink的稀疏無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。采用熱點(diǎn)區(qū)域的形式,HTR-MS比Bread Crumbs、DDRP協(xié)議能夠更快的建立起轉(zhuǎn)發(fā)梯度網(wǎng),并且在轉(zhuǎn)發(fā)梯度網(wǎng)的建立過(guò)程中不產(chǎn)生額外的通信開(kāi)銷。采用熱點(diǎn)學(xué)習(xí)的形式,快速有效的完成轉(zhuǎn)發(fā)梯度網(wǎng)的建立以及更新,且不產(chǎn)生額外的通信開(kāi)銷。
【關(guān)鍵詞】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 路由協(xié)議 機(jī)會(huì)路由 移動(dòng)Sink 軌跡追蹤
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 中文摘要8-10
• 英文摘要10-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述12-13
• 1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)13-15
• 1.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗路由協(xié)議研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4 論文研究動(dòng)機(jī)及研究?jī)?nèi)容16-19
• 1.5 本論文組織結(jié)構(gòu)19-20
• 第二章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗路由協(xié)議綜述20-34
• 2.1 相關(guān)技術(shù)20-21
• 2.2 能量模型21-22
• 2.3 路由協(xié)議分類22-23
• 2.4 平面路由協(xié)議23-25
• 2.5 層次路由協(xié)議25-30
• 2.6 具有移動(dòng)匯聚節(jié)點(diǎn)的路由協(xié)議30-32
• 2.7 本章小結(jié)32-34
• 第三章 基于機(jī)會(huì)路由的定向擴(kuò)散組播協(xié)議34-50
• 3.1 概述34-36
• 3.1.1 引言34-35
• 3.1.2 DDOR協(xié)議概述35-36
• 3.2 DDOR協(xié)議設(shè)計(jì)36-43
• 3.2.1 網(wǎng)絡(luò)模型36
• 3.2.2 興趣擴(kuò)散、建立梯度及最優(yōu)路徑36-37
• 3.2.3 轉(zhuǎn)發(fā)列表建立37-38
• 3.2.4 傳輸數(shù)據(jù)38-40
• 3.2.5 傳輸異常狀態(tài)與數(shù)據(jù)包重傳40-41
• 3.2.6 節(jié)點(diǎn)工作流程41
• 3.2.7 優(yōu)化機(jī)制41-43
• 3.3 DDOR性能評(píng)估43-48
• 3.3.1 通信概率43
• 3.3.2 仿真環(huán)境43
• 3.3.3 能耗性評(píng)估43-46
• 3.3.4 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模對(duì)能耗性的影響46-48
• 3.4 本章小結(jié)48-50
• 第四章 基于機(jī)會(huì)路由的多層次LEACH協(xié)議50-64
• 4.1 LEACH-MLOR協(xié)議概述50
• 4.2 LEACH-MLOR協(xié)議設(shè)計(jì)50-56
• 4.2.1 網(wǎng)絡(luò)模型50-52
• 4.2.2 建立節(jié)點(diǎn)等級(jí)52
• 4.2.3 建立簇和選擇簇頭52-53
• 4.2.4 基于節(jié)點(diǎn)等級(jí)的簇間通信機(jī)制53-55
• 4.2.5 輔助節(jié)點(diǎn)機(jī)制55-56
• 4.3 通信概率對(duì)能量的影響56-57
• 4.4 性能評(píng)估57-63
• 4.4.1 仿真環(huán)境57-58
• 4.4.2 LEACH-MLOR能耗性評(píng)估58-60
• 4.4.3 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模對(duì)能耗性的影響60-61
• 4.4.4 輔助節(jié)點(diǎn)機(jī)制評(píng)估61-63
• 4.5 本章小結(jié)63-64
• 第五章 基于燈塔-浮標(biāo)結(jié)構(gòu)的移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議64-80
• 5.1 BBR-MS協(xié)議概述64
• 5.2 BBR-MS協(xié)議設(shè)計(jì)64-71
• 5.2.1 網(wǎng)絡(luò)模型64-65
• 5.2.2 燈塔節(jié)點(diǎn)機(jī)制65-67
• 5.2.3 基于燈塔節(jié)點(diǎn)建立樹(shù)狀轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)構(gòu)67-69
• 5.2.4 浮標(biāo)節(jié)點(diǎn)機(jī)制69-70
• 5.2.5 數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程70
• 5.2.6 優(yōu)化機(jī)制70-71
• 5.3 BBR-MS性能評(píng)估71-78
• 5.3.1 仿真環(huán)境71-72
• 5.3.2 能耗性評(píng)估72-74
• 5.3.3 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模對(duì)能耗性的影響74-77
• 5.3.4 優(yōu)化機(jī)制評(píng)估77-78
• 5.4 本章小結(jié)78-80
• 第六章 基于熱點(diǎn)追蹤的移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議80-98
• 6.1 HTR-MS協(xié)議概述80-81
• 6.2 HTR-MS協(xié)議設(shè)計(jì)81-89
• 6.2.1 網(wǎng)絡(luò)模型81-82
• 6.2.2 建立熱點(diǎn)區(qū)域82-83
• 6.2.3 基于熱點(diǎn)區(qū)域的轉(zhuǎn)發(fā)梯度網(wǎng)83-84
• 6.2.4 數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程84-86
• 6.2.5 熱點(diǎn)時(shí)間學(xué)習(xí)算法86-87
• 6.2.6 多熱點(diǎn)追蹤87-89
• 6.3 HTR-MS協(xié)議性能仿真及評(píng)估89-95
• 6.3.1 仿真環(huán)境89-90
• 6.3.2 性能評(píng)估90-92
• 6.3.3 增加網(wǎng)絡(luò)規(guī)模對(duì)協(xié)議性能的影響92-93
• 6.3.4 增加移動(dòng)Sink對(duì)協(xié)議性能的影響93-95
• 6.4 本章小結(jié)95-98
• 第七章 結(jié)論98-100
• 7.1 論文工作總結(jié)98-99
• 7.2 研究展望99-100
• 參考文獻(xiàn)100-110
• 致謝110-112
• 攻讀博士學(xué)位期間的研究成果112-113
• 附件113

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 李成法;陳貴海;葉懋;吳杰;;一種基于非均勻分簇的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào);2007年01期

  本文關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)低能耗路由協(xié)議研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：306383