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《电子科技大学》 2007年
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无线传感器网络路由与广播算法研究

唐勇  
【摘要】: 随着无线通信技术、计算机技术与微系统技术的发展,无线传感器网络引起了人们的广泛关注。无线传感器网络由具有传感、数据处理和短距离无线通信功能的传感器组成,在军事国防、环境监测、生物医疗以及商业应用等领域具有广阔的应用前景,是当前计算机网络领域一个极为重要的创新课题。 路由算法与广播算法在无线传感器网络中有着重要而广泛的应用。在无线传感器网络中,路由协议负责在源节点和目的节点间传输数据,是无线传感器网络的重要组成部分。而无线传感器网络具有与传统网络不同的特点,因而众多传统网络的路由算法不能有效应用于无线传感器网络。广播在无线传感器网络中可用于传递控制信息、重要数据与报警信号等,同时也是建立路由的重要手段,甚至在极端条件下可以直接充当路由。广播可采用泛洪方式实现,泛洪虽然简单,但是存在冗余转发节点多、冲突与碰撞严重等问题,极为消耗能量与带宽等资源。 路由算法与广播算法是无线传感器网络中的热点研究领域,研究人员正在努力研究适合无线传感器网络的相关算法。在对当前无线传感器网络路由算法与广播算法研究成果的系统学习和总结基础上,本文就无线传感器网络路由算法与广播算法展开了相关研究,主要的贡献与创新包括: (1)研究了当前无线传感器网络路由算法进展情况。由于无线传感器网络与应用高度相关,单一的路由算法不能满足各种应用需求,因而人们研究了众多的路由算法。本文分析与总结了当前较重要的无线传感器网络路由算法的分类方法、核心路由机制与特点,目的在于为无线传感器网络路由算法的进一步研究提供参考。 (2)研究了当前无线传感器网络广播算法进展情况。在国内外相关文献中相继出现了许多各具特点的无线传感器网络广播算法,但总的说来还有很多需要深入研究的问题。由于尚未出现对这些算法进行全面综述的相关文献,为此,本文分析与总结了当前较重要的无线传感器网络广播算法,目的在于更好地理解算法的机理,特点与使用方法,为无线传感器网络广播算法的进一步研究提供参考。 (3)提出了基于极大独立集构造最小连通支配集的算法MISB(Maximal Independent Set Based algorithm for minimum connected dominating set)。基于连通支配集的路由算法的关键在于构造连通支配集,较小的支配集不但有利于构造更优的路由,并且非支配节点在没有监测任务时,可进入休眠状态,从而极大的节约能量。本文提出了一种基于极大独立集构造最小连通支配集的算法MISB:首先基于图的局部拓扑信息,并利用贪心算法,使具有极大度的节点为独立点,构造出一个极大独立集;然后利用独立点作为锚点,利用分治的思想使用图的局部拓扑信息来连通极大独立集,从而构造出连通支配集。MISB算法能够得到较小的连通支配集,应用于无线传感器网络路由,能够大大节省宝贵的网络资源。 (4)提出了最小化能量广播算法ERBOP(Enhanced Relative neighborhood graph Broadcasting Oriented Protocol)。在节点发送功率可调节并同时保证所有节点都接收到广播的数据包的约束条件下,本文在RBOP算法的基础上提出了一种高效节能的最小化能量广播算法ERBOP。ERBOP算法的设计过程及仿真结果表明,ERBOP的性能明显优于RBOP。ERBOP算法可节约无线传感器网络的能量资源,能较好的适用于无线传感器网络的广播。 (5)提出了基于聚簇的能量感知广播算法CBEA(Clustering Based Energy Aware broadcasting algorithm)。从减少转发节点以节约能量、平衡通信量以平均消耗网络节点能量出发,本文提出了一种基于聚簇的能量感知广播算法CBEA。仿真实验表明,CBEA算法有效减少了冗余转发节点从而节约了网络能量,平衡了网络通信量从而平均消耗了网络节点能量,因此大大延长了网络生存时间。CBEA算法是一种性能优越的广播算法,能够较好的适用于无线传感器网络的广播。 (6)提出了基于传输范围覆盖的广播算法TRCB(Transmission Range Coverage Based broadcasting algorithm)。为更好的实现无线传感器网络广播,本文仅利用1跳邻节点信息提出了一种基于传输范围覆盖的广播算法TRCB。分析与仿真表明,TRCB有效减少了冗余转发节点,从而节约了无线传感器网络能量;利用1跳邻节点信息,具有通信开销小、适应网络拓扑变化的特点;并且其性能优于同样利用1跳邻节点信息的边缘转发算法EFB。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP212.9;TN929.5

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 汪文勇;无线传感器网络若干节能关键技术研究[D];电子科技大学;2011年
2 蔡希彪;无线协同组播网络节能传输技术及其性能研究[D];北京邮电大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 褚轶昕;基于无线传感器网络的节能算法研究[D];南京邮电大学;2011年
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3 陈亮;基于无线传感网络的建筑围护结构综合传热系数获取方法研究[D];安徽建筑工业学院;2011年
4 田梅;能量有效的无线传感器网络广播算法研究[D];太原理工大学;2012年
5 陈燕;WSN巡航覆盖最小移动节点数求解方法研究[D];安徽建筑工业学院;2012年
6 刘晓娟;能量均衡的无线传感器网络虚拟骨干网构建方法研究[D];电子科技大学;2012年
7 杜开拓;无线传感器网络部署优化研究及应用[D];安徽建筑大学;2013年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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6 张帆;刘刚;刘春红;;基于WEB和GPRS的温室远程监测与管理系统设计[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张晋;无线传感器网络覆盖控制算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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3 郭瑛;基于事件触发的无线传感器网络关键技术研究[D];中国海洋大学;2010年
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5 张书奎;无线传感器网络中信息分发的可靠性研究[D];苏州大学;2010年
6 刘昕;基于无线传感器网络的目标跟踪系统中的算法研究[D];华中科技大学;2010年
7 窦亚玲;基于直觉模糊集的多约束网络路由决策方法研究[D];华中科技大学;2010年
8 蒋鼎国;无线传感器网络农业信息监控系统设计与数据融合研究[D];江南大学;2010年
9 佟吉钢;高性能嵌入式系统技术及应用的若干问题研究[D];南开大学;2010年
10 高艺;能源自给低功耗无线传感器网络关键技术研究[D];南开大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 叶青;基于可信的无线传感器网络认证技术的研究[D];安徽工程大学;2010年
2 高丽丽;大功率电动汽车多功能智能快速充电机的研究[D];山东科技大学;2010年
3 纪江涛;基于传感器网络的智能交通系统模型应用研究[D];山东科技大学;2010年
4 乔田田;无线传感器网络路由协议研究[D];山东科技大学;2010年
5 韩蕾;K重覆盖算法在WSN最大支持路径中的研究[D];长春理工大学;2010年
6 彭慧;面向离散型制造业的嵌入式MES检测终端开发[D];浙江理工大学;2010年
7 张永琦;无线传感器网络中基于网关的分级簇算法研究[D];郑州大学;2010年
8 刘兰涛;无线传感器网络中时间同步技术的研究[D];郑州大学;2010年
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10 杨伟伟;基于LEACH的WSN分簇路由协议研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 李翔;阎新芳;孙雨耕;杨挺;;无线传感器网络中簇树骨干网的构建及算法[J];传感技术学报;2006年04期
3 蒋鹏;;基于无线传感器网络的湿地水环境远程实时监测系统关键技术研究[J];传感技术学报;2007年01期
4 孙雨耕;周寅;边桂年;武晓光;;无线传感器网络中一种能量有效的分簇组网算法[J];传感技术学报;2007年02期
5 傅质馨;徐志良;黄成;吴晓蓓;;无线传感器网络节点部署问题研究[J];传感器与微系统;2008年03期
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10 谢陈磊;方潜生;张振亚;汪小龙;;建筑节能检测中无线传感器网络的设计与研究[J];电子测量与仪器学报;2012年01期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 辛小松;汪文勇;向渝;;无线传感器网络低能耗周期任务调度机制[A];2007'仪表,自动化及先进集成技术大会论文集(一)[C];2007年
2 陈盛;狄洪发;;单体住宅建筑围护结构采暖能耗分析[A];全国暖通空调制冷2002年学术年会论文集[C];2002年
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 金澈清;数据流上若干查询处理算法的研究[D];复旦大学;2005年
2 龙恩深;建筑能耗基因理论研究[D];重庆大学;2005年
3 张瑞华;基于能量效率的无线传感器网络关键技术研究[D];山东大学;2007年
4 王晓东;无线传感器网络节能算法研究[D];浙江大学;2007年
5 于继明;无线传感器网络基于分簇的多路径路由算法研究[D];南京理工大学;2008年
6 杨玉兰;居住建筑节能评价与建筑能效标识研究[D];重庆大学;2009年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张军;关于无线传感器网络虚拟骨干网构造算法的研究[D];电子科技大学;2011年
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3 姚忠孝;基于无线传感器网络的楼宇能耗监测系统研究与实现[D];浙江工业大学;2010年
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5 徐淑丽;基于无线传感器网络的覆盖问题的研究[D];山东大学;2007年
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7 潘家根;无线传感器网络通信机制与节能的研究[D];电子科技大学;2007年
8 苏明;定向多波束智能天线试验平台研究[D];兰州大学;2007年
9 徐恩生;基于ARM的智能家居控制系统的研究[D];安徽理工大学;2007年
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 张振亚;程红梅;刘佳;方潜生;;基于遗传算法的无线传感器网络巡航覆盖最小移动节点数研究[J];小型微型计算机系统;2013年10期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘丹;基于无线传感器网络的林火预测及关键算法研究[D];东北林业大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李佳林;一种改进的量子演化算法及其在TSP问题上的应用研究[D];江西理工大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
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【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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6 王日俊;刘峰;凌国宇;周金龙;;浅谈传感器的发展[J];甘肃科技纵横;2007年03期
7 丰少伟;彭鹏菲;程远国;;传感器网络的数据查询处理技术研究[J];舰船电子工程;2008年01期
8 肖德琴;冯健昭;周权;杨波;;基于高斯分布的传感器网络信誉模型[J];通信学报;2008年03期
9 张玲玉;张玉峰;李凤霞;李丽敏;;用于智能交通系统的无线传感器网络[J];硅谷;2009年15期
10 胡博;沈军;;空降作战中传感器网络需求分析[J];国防科技;2009年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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7 张晓丽;光纤结构健康监测系统及其传感器网络可靠性研究[D];南京航空航天大学;2012年
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10 解文斌;面向监测应用的传感器网络关键技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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4 沈昊为;传感器网络中基于Voronoi网格的快速覆盖判定算法研究[D];湖南大学;2010年
5 彭蓓雷;基于低时延和区分服务的中高速传感器网络QoS保证MAC协议研究[D];广东工业大学;2011年
6 沈卓;基于虚拟MIMO的无线温室测控系统传感器网络结构研究[D];江苏大学;2010年
7 王岩;基于流场守恒律模型的传感器网络路由技术研究[D];南京理工大学;2010年
8 王肯生;电力载波传感器网络路由算法的研究[D];中国石油大学;2010年
9 何鎏;基于嵌入式系统和现场总线的多参量传感器网络研究[D];上海交通大学;2011年
10 张军;非均匀无线多媒体传感器网络路由算法及其仿真与研究[D];陕西师范大学;2010年
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