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《解放军信息工程大学》 2010年
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能量有效的无线传感器网络分群路由协议的研究与实现

潘霞  
【摘要】:无线传感器网络是当前信息技术领域的一个热点研究方向,其目的是协作地感知、采集和处理监测对象的信息,并传送到需要这些信息的用户。路由协议主要负责将数据分组从源节点通过网络转发到目的节点,是无线传感器网络关键技术之一。本文围绕无线传感器网络分群路由协议展开研究。主要完成工作如下: 1、给出了一种基于能耗均衡策略的分群路由协议ECBCA(Energy Consumption Balancing Clustering Algorithm),在LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy)协议的基础上,将远距离数据传输任务分摊给不同的值班成员节点,避免群首节点能耗过大,从而降低分群频繁程度,减少额外开销。通过理论推导建立了两种协议的能耗期望模型,计算了两种协议在不同情况下的适用性,得出了在实际应用中ECBCA协议较LEACH协议更为节能这一结论;针对ECBCA协议中的最优群首节点数目问题及值班成员节点选择机制问题,给出了相应的理论推导及仿真,确定了给定网络模型下最优群首节点个数及基于节点能量的选择机制;最后通过模拟仿真验证了ECBCA协议的能量有效性。 2、给出了一种考虑节点休眠的能量有效的分群路由协议IPMCA (Improved Prim based MST Clustering Algorithm)。针对ESBC(Energy-Saving Based Clustering)协议中骨干网络规模过大的问题,利用图论的方法,建立了构造骨干网络的优化模型,并通过改进的Prim算法对模型进行求解,构造了包含所有群首节点的最小生成树,减少了网关节点的数目,缩减了骨干网络的规模,使更多的节点能够进入休眠状态,以达到节能的效果。最后通过仿真表明,IPMCA协议在构造骨干网络以及节省网络能量方面优于ESBC协议。 3、完成了对ESBC协议的工程实现及系统联合调试工作。从应用网络环境、实时性、时间与算法复杂度以及能量有效性等多个角度对上述协议进行分析比较,综合考虑各协议实现的简单与否,结合项目实际需求,在嵌入式实时操作系统μC/OS-II上对ESBC协议进行实现并完成了系统联合调试工作。结果表明,各模块函数正确,工作正常,系统能够完成传感器网络自主组网、任务下达及采集数据上传等操作,符合项目要求。 最后对所做工作进行了总结,对研究过程中的不足和需改进之处进行了说明,并对后续工作进行了展望。
【学位授予单位】:解放军信息工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP212.9;TN915.04

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