基于优化算法和节点覆盖的无线传感器网络路由协议研究

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随着无线通信、集成电路、传感器以及微机电系统等技术的飞速发展和日益成熟，低成本、低功耗、多功能的微型传感器的大量生产成为可能。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点通过无线电通信形成的一个多跳的自组织网络系统，可以在目标跟踪、环境监测、医疗健康等应用领域内协作地感知、采集和处理网络覆盖区域里被监测对象的信息，并发送给基站内的观察者。
　　论文首先对无线传感器网络的研究历史和发展现状做了简单的介绍。然后对无线传感器网络的特征以及应用领域做了简明的阐述。接着着重分析了路由协议的概念及其分类。
　　在分簇的路由协议中，证明了“能够使簇内节点的传输消耗最小的簇头位置，是簇内距离几何中心点最近的节点位置”的定理。根据这一定理，提出了对LEACH-C路由协议中模拟退火算法的改进算法，使得LEACH-C协议的响应时间极大地缩短。在节点数目不同的情况下，通过仿真试验，比较了改进前后得到相近结果所需的迭代次数，证明了新提出的算法能够更加高效地运行。
　　阐述了通过研究覆盖问题解决能量消耗的最新研究成果。首先介绍了覆盖研究中的基本问题和涉及到的网络分布模型。然后分析了覆盖和网络的连接性以及能量消耗之间存在的关系，并系统介绍了目前解决两种关系所采取的主要方法。最后着重介绍了设计网络体系结构时需要考虑的覆盖问题，同时论述了几种解决矛盾时采用的方法和思想。
　　从连续的角度，证明了“在节点感知半径相同的情况下，如果一个节点感知区域的圆周能被其它节点覆盖，同时这些节点到该节点的距离不大于感知半径，那么该节点的感知区域被这些节点完全覆盖”的定理。从离散的角度，提出了用螺旋队列的方法计算一个节点的感知区域被其它节点覆盖的百分比的算法。在此基础上，提出了一个基于节点覆盖的簇头选举算法。在节点数分别为100和200时，通过试验仿真，在网络的生命周期、能量消耗和网络的覆盖率变化情况三个方面，比较了LEACH-C协议、pLEACH协议和新提出算法。结果证明该算法在这三个方面比前两者具有更加优良的性能。

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作者
牛伟伟;
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作者单位

南开大学;

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授予单位南开大学;
学科计算机应用技术
授予学位硕士
导师姓名高铁杠;
年度 2011
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类通信规程、通信协议;
关键词
无线传感器网络; 模拟退火算法; 簇头选举; 优化算法; 节点覆盖; 路由协议;

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