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《基于分簇結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)能路由協(xié)議研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、基于分簇結(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)能路由協(xié)議研究重慶大學博士學位論文學生姓名：楊柳指導教師：楊先一教授專業(yè)：通信與信息系統(tǒng)學科門類：工學重慶大學通信工程學院二O一六年四月StudyonCluster-BasedEnergySavingRoutingProtocolsforWirelessSensorNetworksAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’sDegreeofEngineeri
2、ngByYangLiuSupervisedbyProf.YangXianyiSpecialty:CommunicationandInformationSystemCollegeofCommunicationEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2016中文摘要摘要典型的無線傳感器網(wǎng)絡（WirelessSensorNetwork，WSN）是由許多微型廉價低功耗的傳感器節(jié)點采用自組織的方式形成的專用網(wǎng)絡，常被部署于指定的區(qū)域用于感知和采集各種監(jiān)測對象
3、的信息，并采用多跳通信方式將信息提供給終端用戶，是連接人類社會和物理世界的信息紐帶。WSN與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡不同，WSN中的節(jié)點帶寬、內(nèi)存等資源更為匱乏，尤其是其有限的能量資源直接影響到傳感器網(wǎng)絡的生命周期以及網(wǎng)絡的信息質(zhì)量。由于傳感器節(jié)點的能量通常很難得到補充，因此，在節(jié)點能量有限的前提下，討論如何提高有限能量的利用率，以延長網(wǎng)絡的生命周期，是當前該領(lǐng)域研究的熱點問題。傳感器節(jié)點絕大部分的能量都用于數(shù)據(jù)的無線傳輸，因此采用高能效的路由協(xié)議有助于減少節(jié)點的能耗，從而延長網(wǎng)絡生存期。通過對現(xiàn)有的路由協(xié)議系統(tǒng)學習和總結(jié)，
4、發(fā)現(xiàn)基于分簇結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議在網(wǎng)絡擴展性、高效節(jié)能性等方面具有明顯優(yōu)勢，本文圍繞這一課題針對不同類型的WSN構(gòu)建分簇結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議。論文主要內(nèi)容及創(chuàng)新性成果包含：①針對傳統(tǒng)同構(gòu)的WSN，研究如何構(gòu)建單跳分簇路由協(xié)議，提出了一種混合的基于博弈理論的分布式分簇路由協(xié)議（Hybrid，GameTheorybasedandDistributedclustering，HGTD）。在傳統(tǒng)WSN單跳分簇路由協(xié)議中，簇頭節(jié)點采用單跳通信的方式將數(shù)據(jù)傳輸至較遠的基站，能耗速率很快，如何選擇最優(yōu)的簇頭節(jié)點以均衡節(jié)點間的能耗并延長網(wǎng)絡生存
5、期是一個研究重點。本協(xié)議中引入博弈理論用于解決單跳分簇路由中的簇頭節(jié)點選擇問題，節(jié)點被建模為博弈參與者，通過與其鄰近區(qū)域的節(jié)點博弈得到自己成為簇頭的均衡概率。在分簇博弈模型中特別定義了節(jié)點選擇不同策略時的收益，并考慮到節(jié)點度以及節(jié)點到基站的距離，使得節(jié)點在根據(jù)均衡概率決定是否成為簇頭時能夠在最小化能量開銷和提供必須的網(wǎng)絡服務之間保持均衡。此外，設計了一種迭代算法從潛在的簇頭節(jié)點中選出最終的簇頭節(jié)點，可均衡節(jié)點間的能耗并且避免相鄰的節(jié)點同時被選為簇頭。仿真結(jié)果表明本協(xié)議能夠明顯改善網(wǎng)絡生存期。②由于外界因素的影響，傳
6、感器節(jié)點被部署于監(jiān)測區(qū)域一段時間后通常能量異構(gòu)。本文針對能量異構(gòu)WSN，研究如何構(gòu)建多跳分簇路由協(xié)議，提出了一種基于非均勻簇結(jié)構(gòu)的路由協(xié)議（UnequalCluster-basedRoutingschemeformulti-levelHeterogeneouswirelesssensornetworks，UCR-H）。在多跳分簇路由協(xié)議中，網(wǎng)絡中的所有簇頭節(jié)點共同合作將數(shù)據(jù)以多跳通信方式傳輸至基站，因此離基站越近的簇頭節(jié)點擔負的簇間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)任務越重，這會導致能量空洞問題的發(fā)生。為了避免在能量異構(gòu)網(wǎng)絡中采用多跳分簇路
7、由協(xié)議時出現(xiàn)能量空洞問題，本協(xié)議中將網(wǎng)I重慶大學博士學位論文絡所在監(jiān)測區(qū)域劃分為若干等尺寸的矩形單元。首先通過均衡不同單元間簇頭節(jié)點的能耗，計算得到各單元中的簇頭數(shù)目；然后通過最小化網(wǎng)絡中簇間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的總能耗，得到最優(yōu)的單元數(shù)；最后根據(jù)節(jié)點的能量等級以及節(jié)點所在單元的簇頭數(shù)目，為各單元中不同能量等級的節(jié)點設計了當選為簇頭時對應的簇半徑，此外還得到了一輪次閾值避免對能量等級高的節(jié)點的過度懲罰。仿真結(jié)果表明UCR-H協(xié)議能夠有效減輕網(wǎng)絡中的能量空洞問題，并且明顯改善了網(wǎng)絡生存期。③近來，在一些WSN應用中傳感器節(jié)點配備
8、有能量獲取裝置，但從環(huán)境中獲取能量的能力很有限。本文針對能量獲取WSN，研究如何構(gòu)建多跳分簇路由協(xié)議，提出了一種多跳的能量中性分簇路由協(xié)議（Multi-hopEnergyNeutralClustering，MENC）。設計本協(xié)議的主要目的是實現(xiàn)對節(jié)點從環(huán)境中獲取的能量的有效利用，以獲得無限長的網(wǎng)絡生存期。通過結(jié)合節(jié)點的能耗情況以及能量狀態(tài)，給出了節(jié)點的能量中
