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《广西师范大学》 2015年
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无线传感器网络链式路由算法

刘建  
【摘要】:当下,无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)的应用领域日益广泛。研究人员为了监测某一区域的情况,如森林的温度,将大量的传感器节点部署在监测区域,这些传感器节点所形成的无线自组织网络就是WSN。传感器节点通常将收集到的数据通过多跳的方式发送到汇聚节点,以供研究使用。由于传统无线网络路由协议不能有效的应用于WSN,因此在设计WSN时必须要考虑如何设计WSN路由协议。WSN链式路由协议是WSN路由协议的一种,它适用于小规模的网络。它的应用领域也很广泛,例如,监测室内的CO2浓度等。它和其它WSN路由算法相比优点如下:(1)链式路由算法结构简单、容易构造,在数据传输过程中,发生信道竞争与碰撞的概率较低;(2)链结构的构造过程就是一直在找传送端与接收端的最短路径的过程,数据在最短路径上传送,传送时所消耗的能量肯定是最小的;(3)簇结构形成的网络如LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering Hierachy)协议容易出现负载不均衡的现象,链式路由算法可以避免此现象。但是现有链式路由算法仍然存在许多不足之处:(1)数据从链的远端向汇聚节点传送,存在网络时延,不适合实时应用。链结构越长,网络时延越严重,如PEGASIS(Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems)协议;(2)数据要随着链路迂回传送,会造成能量浪费,如PEGASIS协议;(3)链首节点的选举策略不当会导致链首节点过早死亡。有的算法仅仅选择距汇聚节点距离最近的节点作为链首节点如G-PEGASIS,而有的算法则是选择剩余能量最大的节点作为链首节点,如LEACH-P和NEWP; (4)在建链的过程中,有一些节点的距离很近,它们收集到的数据几乎是一样的,这导致某些节点浪费能量,如CRET(Chain Routing Algorithm Based on D-S Evidence Theory)算法,同时CRET算法所使用的D-S证据理论的正交和存在Zadeh悖论。基于以上不足之处,设计出基于覆盖算法和改进的D-S证据理论的无线传感器网络链式路由算法(Chain Routing Algorithm Based on Improved D-S Evidence Theory and Intersection-Based Coverage Algorithm,CRETIC),该算法在以下两个方面进行了改进:(1)为了避免无线传感器节点收集到冗余数据,采用基于交集的覆盖算法(intersection-based coverage algorithm, IBCA)进行建链。此算法将传感器节点分为两种状态:满足IBCA算法的判断规则的节点进入睡眠模式,反之,则作为进入工作状态的节点而进入建链阶段。(2)为了避免Zadeh悖论,本文改进的证据组合规则,可以选择出最佳的链首节点。在相同的参数下,在Matlab中进行仿真实验,实验结果表明CRETIC算法优于CRET算法。为了引出CRETI C算法,第1章采用大量的篇幅详细介绍了WSN的基本概念、特征、关键技术、设计目标、应用领域等背景基础知识。第2章详细描述了WSN路由协议必备的基础知识,并结合当前该领域内的研究现状,指出存在的问题以及发展方向。
【关键词】:CRET算法 IBCA覆盖算法 D-S证据理论 CRETIC算法
【学位授予单位】:广西师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN929.5;TP212.9
【目录】:
  • 中文摘要3-5
  • Abstract5-9
  • 第1章 绪论9-16
  • 1.1 无线传感器网络的概念与特征9-10
  • 1.1.1 无线传感器网络的概念9
  • 1.1.2 无线传感器网络的特征9-10
  • 1.2 无线传感器网络的设计目标和技术难度10-12
  • 1.2.1 无线传感器网络的设计目标10-12
  • 1.2.2 无线传感器网络的技术难度12
  • 1.3 无线传感器网络的应用领域12-14
  • 1.3.1 环境监测13
  • 1.3.2 国防军事13
  • 1.3.3 工业监控13-14
  • 1.3.4 健康医疗14
  • 1.3.5 智能家居14
  • 1.3.6 公共安全14
  • 1.4 论文的研究内容和组织结构14-16
  • 1.4.1 论文研究的内容14-15
  • 1.4.2 论文组织结构15-16
  • 第2章 无线传感器网络路由协议16-26
  • 2.1 无线传感器网络路由协议分类16
  • 2.2 无线传感器网络平面路由协议16
  • 2.3 无线传感器网络分簇路由协议16-25
  • 2.3.1 分簇路由协议的网络结构16-18
  • 2.3.2 分簇网络中节点能耗分析18-19
  • 2.3.3 分簇路由协议的核心问题19
  • 2.3.4 几个经典的分簇路由协议19-23
  • 2.3.5 存在问题及发展方向23-25
  • 2.4 平面路由协议和分簇路由协议比较25
  • 2.5 本章小结25-26
  • 第3章 链式路由算法CRET26-38
  • 3.1 PEGASIS协议的优点26
  • 3.2 PEGASIS协议的缺点26-27
  • 3.3 D-S证据理论27-28
  • 3.3.1 基本概率分配函数27
  • 3.3.2 概率分配函数的正交和27-28
  • 3.4 链式路由算法CRET28-37
  • 3.4.1 建链阶段28-31
  • 3.4.2 选举链首节点阶段31-37
  • 3.4.3 数据传输阶段37
  • 3.5 本章小结37-38
  • 第4章 改进的链式路由算法CRETIC38-54
  • 4.1 CRET算法的缺陷38-39
  • 4.2 Zadeh悖论及新的证据组合规则39-41
  • 4.2.1 Zadeh悖论39
  • 4.2.2 改进的证据组合规则39-41
  • 4.3 基于交集覆盖算法41-42
  • 4.4 改进的链式路由算法CRETIC42-50
  • 4.4.1 选择进入睡眠模式的节点阶段42-49
  • 4.4.2 建链阶段49
  • 4.4.3 选举链首节点阶段49-50
  • 4.4.4 数据传输阶段50
  • 4.5 仿真实验与性能分析50-53
  • 4.6 本章小结53-54
  • 第5章 总结与展望54-55
  • 5.1 总结54
  • 5.2 展望54-55
  • 参考文献55-59
  • 致谢59-60

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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【共引文献】
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