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《無線傳感器網(wǎng)絡基于混合拓撲路由協(xié)議研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、廣東工業(yè)大學碩士學位論文無線傳感器網(wǎng)絡基于混合拓撲路由協(xié)議研究姓名：鄧潔申請學位級別：碩士專業(yè)：控制理論與控制工程指導教師：程良倫20100501摘要摘要無線傳感器網(wǎng)絡(WirelessSensorNetworks，WSN)是新興的特殊的計算機網(wǎng)絡，是基于應用的特殊的大規(guī)模分布式無線網(wǎng)絡，綜合了傳感檢測、控制、嵌入式計算、無線通信、分布式信息處理等跨領域技術，它具有快速組網(wǎng)、高效節(jié)能、抗毀性強等特點。相對于傳統(tǒng)的無線通信網(wǎng)絡，無線傳感器網(wǎng)絡有明顯的特殊性，節(jié)點的資源相當有限，節(jié)能效率成首要的性能指標，網(wǎng)絡
2、還應具備良好的可擴展性以適應動態(tài)拓撲。路由協(xié)議決定了數(shù)據(jù)的傳送方式，對網(wǎng)絡規(guī)模、網(wǎng)絡生存期、負載均衡、數(shù)據(jù)傳送效率等網(wǎng)絡性能有重要影響。由于無線傳感器網(wǎng)絡與應用高度相關，單一的路由協(xié)議無法滿足無線傳感器網(wǎng)絡的特殊需求，需要針對具體的應用模型設計專門的路由協(xié)議?，F(xiàn)有的大部分WSN路由協(xié)議普遍采用單純的基于平面拓撲或基于層次拓撲的數(shù)據(jù)路由方式，平面拓撲路由協(xié)議在全網(wǎng)絡維護路由信息，很好地均衡了網(wǎng)絡負載，但是維護大量路由信息所導致的節(jié)點能耗高的問題，嚴重限制了網(wǎng)絡的擴展性：隨著無線傳感器網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，層次路由
3、協(xié)議得到了廣泛的關注與應用，由于采用了層次結(jié)構，網(wǎng)絡中只有部分關鍵節(jié)點承擔數(shù)據(jù)路由信息的維護和數(shù)據(jù)融合的工作，有效地減少了網(wǎng)絡能耗，但層次路由協(xié)議面臨的主要問題是熱點區(qū)域及熱點節(jié)點所面臨的網(wǎng)絡負載不均衡的問題，因而采用單一拓撲結(jié)構的路由協(xié)議往往很難在各個性能指標中取得較好平衡，如何設計結(jié)合兩者優(yōu)勢的路由協(xié)議就成為高效WSN路由協(xié)議的研究趨勢，混合拓撲機制的主要設計思想即為在數(shù)據(jù)路由的不同層次采用不同的拓撲結(jié)構即路由策略，在保證網(wǎng)絡規(guī)模的前提下均衡網(wǎng)絡節(jié)能性及網(wǎng)絡效率如實時性及能耗均衡性方面的性能，富有挑戰(zhàn)
4、性和實際意義。本文研究基于混合拓撲的WSN路由協(xié)議，主要工作有：(1)綜合分析了經(jīng)典的平面WSN路由協(xié)議和層次WSN路由協(xié)議，并針對本文提出的特殊應用模型，著重分析了層次TEEN協(xié)議；(2)在深入研究大規(guī)模密集實時數(shù)據(jù)采集型無線傳感器網(wǎng)絡特點的基礎上，重點分析了采用不同拓撲結(jié)構的路由協(xié)議對網(wǎng)絡節(jié)能性，實時性及網(wǎng)絡負載均衡性的影響并指出其不足及局限性，并從兩方面對層次路由協(xié)議TEEN進行改進研究：基于節(jié)點度梯度最大化改進TEEN協(xié)議，得到基于混合拓撲結(jié)構的GB-TEEN協(xié)議：對TEEN協(xié)議的簇內(nèi)通信方式進行
5、多優(yōu)先級自適應化改造，使其能適應于動態(tài)流量的密集實時數(shù)據(jù)采集型應用，得到MPA協(xié)議。文中對兩方面改進研究的提出點、廣東1=業(yè)大學工學碩士學位論文設計及主要機制作了詳細闡述，最后通過仿真實驗對比分析TEEN及改進協(xié)議的性能。本文研究的創(chuàng)新點及主要成果如下：(1)對TEEN協(xié)議進行平面化改造，提出了GB．TEEN協(xié)議，在性能方面有效改善了TEEN的網(wǎng)路負載不均衡的問題及網(wǎng)絡擴展性差的問題，引入了節(jié)點度的概念綜合衡量節(jié)點在網(wǎng)絡中的重要性，將網(wǎng)絡內(nèi)的節(jié)點按照重要性的不同進行分層排序，采用基于該排序的最小支配集算法
6、優(yōu)化了簇頭的選擇方法。并在數(shù)據(jù)傳送階段引入節(jié)點度梯度最大化機制(ND．GM)，有效地均衡了網(wǎng)絡負載，同時兼顧了網(wǎng)絡實時性。實驗結(jié)果表明：GB．TEEN協(xié)議與TEEN相比，在保證網(wǎng)絡規(guī)模的情況下，具有更好的負載均衡性及實時性。(2)對TEEN協(xié)議的簇內(nèi)通信方式進行多優(yōu)先級自適應化改造，得到MPA協(xié)議，它針對大規(guī)模動態(tài)流量的密集實時數(shù)據(jù)采集型應用，提出了一種多優(yōu)先級自適應的簇內(nèi)通信方式，解決了TEEN的簇內(nèi)單一通信方式無法均衡網(wǎng)絡實時性及能量有效性的問題，并采用基于休眠／活動節(jié)點對的改進TDMA機制，改變了基
7、于固定時隙的數(shù)據(jù)傳送方式，而以環(huán)境事件為驅(qū)動，傳感器節(jié)點針對動態(tài)數(shù)據(jù)流量，采用不對稱時隙傳送數(shù)據(jù)。實驗結(jié)果表明：MPA協(xié)議對簇內(nèi)通信方式的自適應改造及非對稱TDMA機制增強了協(xié)議的動態(tài)流量適應性，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延性能及可靠性。本課題主要研究基于平面及層次混合拓撲無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議，針對大規(guī)模密集實時數(shù)據(jù)采集這一特殊應用模型，在功能和性能方面，增強和改進層次路由協(xié)議TEEN，得到高效實用的GB．TEEN和MPA協(xié)議，所取得的成果為無線傳感器網(wǎng)絡混合拓撲路由協(xié)議的進一步研究提供了參考，并具有一定的工程應
8、用價值。關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡；路由協(xié)議；混合拓撲；負載均衡；實時性；GB．TEEN；MPAIIABS丁RACTABSTRACTWirelessSensorNetworks(WSN)isanewspecialkindofcomputernetworks；itisbasedonapplicationsandislarge—scaledistributedwirelessnetworks，whichisacceptedasoneo
