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《湖南师范大学》 2008年
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分簇算法中簇首分布及可靠性问题研究

王威  
【摘要】: 无线传感器网络(Wireless Sensor Network简称WSN)是当前在国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、知识高度集成的前沿热点研究领域。WSN通过部署在监测区域内的传感器节点,采集网络覆盖区域内感知对象的信息,以多跳的无线通信方式,将收集、处理后的信息提供给终端用户。WSN不需要固定的网络支持。具有快速展开,抗毁性强等特点,可广泛用于军事,商业,医疗救护,环境监测等领域。 与传统无线网络相比,传感器网络节点分布稠密、易失效、节点资源有限、难以获得全局信息,因此传统的路由算法并不适合传感器网络,必须针对传感器网络的特性研究新的路由机制与算法。从而设计能够有效节约能源,延长网络生命周期的路由协议成为了无线传感器网络研究的一个重点。 在无线传感器网络中,为了降低节点能量消耗,并提高网络的可扩展性及可靠性,通常采用分级方式控制网络,即采用网络分级结构。在分级结构中,网络被划分为簇,簇由簇首节点和成员节点组成。簇首负责管理簇内成员节点,并协调簇内成员节点工作。对感知数据进行融合、转发。簇首可以预先指定,也可以通过分簇算法选举产生。 学术界对Ad Hoc网络的研究比WSN要早。目前已经很多针对Ad Hoc网络的分簇路由协议被提了出来,然而,由于WSN特性不同于Ad Hoc网络,特别是WSN节点能量更为有限,因此针对WSN的特性,必须研究新的分簇算法。LEACH是WSN中最早提出的分簇路由协议,它的成簇思想贯穿于其后发展出的很多分簇路由协议中,如LEACH-C,TEEN,HEED等。 本文先总结归纳了无线传感器网络的结构、特点、应用范围。然后,重点对现有的无线传感器网络路由协议进行了分析研究,介绍了Glomosim网络仿真工具的特点及安装过程,并进行了实验仿真。最后综述了几种分簇路由协议。针对研究人员对LEACH协议簇首存在的问题分析,本文在LEACH以及LEACH-C协议的基础上,利用Voronoi图,对LEACH路由协议进行了改进。目的是尽可能地延长节点的生存期限,提高网络的可靠性。本文主要做了如下主要工作: 簇首选择算法的改进:首先由基站负责选出簇首,由选出的簇首构建Voronoi网,形成一个簇首节点组成地骨干网络。工作一段时间后,新簇首的选取仅在节点所在的Voronoi单元进行。 提出了簇首备份方案:通过合并簇首节点所在相邻的Voronoi单元,对簇首节点进行备份。 经过Glomosim仿真平台的测试,这种先用集中式选择簇首使得算法健壮性较好,而后又进行局部的簇首选举算法,能够很好的使选出的簇首在区域内分布较均匀。簇首备份机制用来保证可靠性传输,降低了簇内能耗,延长网络的生命期。
【学位授予单位】:湖南师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TN929.5

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