基于定向天线的WSN分簇路由算法研究.doc

分类号密级
UDC
学位论文
基于定向天线的 WSN 分簇路由算法研究
(题名和副题名)
刘垠
(作者姓名)
指导教师姓名吴援明教授
电子科技大学成都
(职务、职称、学位、单位名称及地址)
申请学位级别硕士专业名称信号与信息处理
论文提交日期 论文答辩日期
学位授予单位和日期电子科技大学
答辩委员会主席
评阅人
年月日
注 1 注明《国际十进分类法 UDC》的类号
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作
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说明并表示谢意。
签名: 日期: 年月日
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签名: 导师签名:
日期: 年月
摘要
摘要
无线传感器网络,以下简称 WSN(Wireless work)。WSN 由大量
的具有感应,计算和无线通信功能的节点构成。在 WSN 中节点使用不可更换和
修复的电池,所以在 WSN 的路由算法设计中,电池能量的有效利用(energy-aware)
是一个至关重要的因素。
本文针对 WSN 的网络结构特点和能量消耗特性,首先分析了 WSN 路由算法
设计中的关键因素,介绍了在众多 WSN 路由算法中具有代表性的一些协议和算
法,并且分析了它们的优劣。在众多的路由协议中,具有代表性的算法是定向传
播和分簇路由。定向传播基本思想是节点感应数据然后定向地朝着基站方向传输
从而达到尽量避免在网内无方向的传播的目的,分簇路由的基本思想是网络中节
点根据地理位置临近程度和能量消耗情况形成不同的簇群,其中簇成员负责感应
数据,簇头负责收集和处理节点数据然后传输给基站。这两种算法都为 WSN 带
来了很大的能量节省,但是这两种路由算法各具有优缺点,并且由于两种路由协
议的网络架构机制不同。所以后续研究中,这两种思想没有同时在一个单一的路
由算法中实现。在以往 WSN 路由算法设计中,全向天线是唯一的选择,这也是
这两种路由思想无法同时实现的另一个原因。本文基于多级分簇的概念,利用定
向天线能给 WSN 网络带来了能量节省和定向高效传播的优势,设计了一种新的
WSN 多级分簇路由算法-CBDA(Cluster-based routing algorithm with directional
antenna utilization for Wireless work)。本文介绍了定向天线的选用以及
天线的特性,接着在 NS-2 系统中实现了可以满足 CBDA 算法需求的定向天线类。
本文在 NS-2 系统中实现了 WSN 的 LEACH(Low-Energy Adaptive Clustering
Hierarchy)算法和 CBDA 算法,并且对 LEACH 和 CBDA 算法在能量有效性方面
进行了仿真和比较。仿真结果显示,在同样网络配置和网络性能的条件下,CBDA
比 LEACH 让 WSN 网络寿命延长了 20%左右,出现节点死亡时间延后了 30%左
右。
关键词: 无线传感器网络,定向天线,天线角度,覆盖程度,网络分簇
I
ABSTRACT
ABSTRACT
WSN(Wireless work)consists of many nodes with antenna which have
the abilities of sensing, computing,municating. The nodes in WSN use the
battery which can not be replaced or charged. So the energy efficiency is one of the
main concerns that affect WSN performance in the routing algorithm designation.
In this dissertation, the characteristic of WSN routing designati