【摘要】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSNs)能將客觀上的物理世界和邏輯上的信息世界聯(lián)系起來(lái),感知節(jié)點(diǎn)周?chē)h(huán)境,采集和處理相關(guān)數(shù)據(jù),具有十分廣闊的應(yīng)用前景。但傳感器節(jié)點(diǎn)能量有限且無(wú)法充電,使得能耗成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的關(guān)鍵因素,如何有效節(jié)約能量、均衡傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量消耗成為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)。移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)衍生于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),通過(guò)引入移動(dòng)Sink節(jié)點(diǎn),綜合網(wǎng)絡(luò)能量消耗的情況,利用Sink節(jié)點(diǎn)移動(dòng)的靈活性制定Sink節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)策略,動(dòng)態(tài)的收集數(shù)據(jù),均衡利用系統(tǒng)能量,使得無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能和能耗得到優(yōu)化。它具有高效收集數(shù)據(jù)、均衡網(wǎng)絡(luò)消耗、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命等優(yōu)點(diǎn)。主要工作如下：(1)本文在研究了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)和移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,分析了移動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量和Sink節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響,并確定從節(jié)點(diǎn)能量消耗和Sink節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)2方面對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行優(yōu)化。(2)設(shè)計(jì)了基于能量區(qū)域的移動(dòng)Sink路由算法。算法使用剩余能量掃描將系統(tǒng)劃分為若干個(gè)能量相近的區(qū)域,再在每個(gè)能量區(qū)域內(nèi)構(gòu)建路由信息,根據(jù)已構(gòu)建的路由信息選擇代理節(jié)點(diǎn)作為該能量區(qū)域內(nèi)信息存儲(chǔ)和與移動(dòng)Sink節(jié)點(diǎn)通信的節(jié)點(diǎn),移動(dòng)Sink節(jié)點(diǎn)根據(jù)代理節(jié)點(diǎn)的分布制定Sink節(jié)點(diǎn)最小移動(dòng)路徑策略。(3)設(shè)計(jì)了基于移動(dòng)Sink的能量有效路由樹(shù)算法。算法先構(gòu)建路由樹(shù),然后使用“根節(jié)點(diǎn)足跡鏈”來(lái)維護(hù)局部路由信息,減少Sink節(jié)點(diǎn)移動(dòng)帶來(lái)的路由重構(gòu)頻率,當(dāng)Sink節(jié)點(diǎn)移動(dòng)偏離原先位置過(guò)遠(yuǎn)時(shí),通過(guò)全局路由樹(shù)重建算法觸發(fā)路由樹(shù)重構(gòu),有效的避免因足跡鏈的不斷擴(kuò)展帶來(lái)的路由曲線,及時(shí)的對(duì)全網(wǎng)路由樹(shù)更新,使得路由始終處于最佳狀態(tài)。本文通過(guò)NS2仿真軟件對(duì)路由算法進(jìn)行仿真,相比傳統(tǒng)相關(guān)協(xié)議,基于能量區(qū)域的移動(dòng)Sink路由算法能夠使網(wǎng)絡(luò)生存周期延長(zhǎng)30%到40%；基于移動(dòng)Sink的能量有效路由樹(shù)算法能使網(wǎng)絡(luò)生存期延長(zhǎng)25%到30%。故這兩個(gè)協(xié)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)能耗的均衡以及生命周期的延長(zhǎng)均有一定的優(yōu)化作用。
[Abstract]:Wireless sensor network (WSN) (Wireless Sensor Networks, WSNs) can connect the objective physical world with the logical information world, perceive the surrounding environment of nodes, collect and process related data, and have a very broad application prospect. However, the energy of sensor nodes is limited and can not be charged, which makes energy consumption become a key factor in wireless sensor network applications. How to effectively save energy and balance the energy consumption of sensor networks has become a hot research topic in wireless sensor networks. Mobile wireless sensor network is derived from wireless sensor network. By introducing mobile Sink node and synthesizing the situation of network energy consumption, the mobile strategy of Sink node is formulated by using the flexibility of moving Sink node, and the data is collected dynamically. The performance and energy consumption of wireless sensor networks are optimized by using the system energy equably. It has the advantages of efficiently collecting data, balancing network consumption and prolonging network life. The main work is as follows: (1) based on the research of wireless sensor network infrastructure and the characteristics of mobile wireless sensor network, the influence of energy and Sink node mobility on the performance of mobile wireless sensor network is analyzed. The network performance is optimized in terms of energy consumption and mobility of Sink nodes. (2) Mobile Sink routing algorithm based on energy region is designed. The algorithm uses residual energy scanning to divide the system into several regions with similar energy, and then builds routing information in each energy region. Based on the constructed routing information, the proxy node is selected as the node to store information in the energy region and to communicate with the mobile Sink node. The mobile Sink node formulates the minimum mobile path strategy for Sink nodes according to the distribution of proxy nodes. (3) an energy-efficient routing tree algorithm based on mobile Sink is designed. The algorithm first constructs the routing tree, then uses the "root node footprint chain" to maintain the local routing information, and reduces the frequency of route reconfiguration caused by the Sink node movement. When the Sink node moves too far from its original position, the algorithm uses the "root node footprint chain" to maintain the local routing information. The global routing tree reconstruction algorithm triggers the routing tree reconstruction effectively to avoid the routing curve caused by the continuous expansion of the footprint chain and to update the whole network routing tree in time so that the routing is always in the best state. In this paper, the routing algorithm is simulated by NS2 simulation software. Compared with the traditional related protocols, the mobile Sink routing algorithm based on energy region can prolong the lifetime of the network by 30% to 40%. The energy efficient routing tree algorithm based on mobile Sink can prolong the network lifetime by 25% to 30%. Therefore, these two protocols can optimize the balance of network energy consumption and the prolongation of network life cycle.
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TP212.9;TN915.04

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本文編號(hào)：2420538