无线传感器网络多跳分簇协议的仿真与优化研究

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无线传感器网络(WSN)是由部署在被监测区域内的大量廉价的微型无线传感器节点组成的、通过无线通信方式组成的一种多跳的自组织网络。它是一种新颖的信息获取平台,能够实时地监测和采集网络被监测区域内的各种监测对象的信息,并将这些信息发送到汇聚节点或基站,以实现在被监测区域内复杂的目标检测与跟踪。无线传感器网络具有快速展开、抗毁性强等诸多特点,有着广阔的应用前景。无线传感器网络是新一代的传感器网络,虽然由于技术和成本方面的制约因素而导致目前还无法大规模商用,但由于其组网灵活、快速和使用方便已经得到了国际学术界和工业界的广泛关注。随着无线传感器节点成本的下降以及微处理器体积越来越小,已经有数量众多的无线传感器网络开始投入使用。   本文首先对移动无线传感器网络进行了详细的介绍,包括网络特点和发展过程,并简单介绍了无线传感器网络的特点和应用。接着进一步对现在已有的无线传感器网络路由协议及其存在的问题进行了研究和分析。本文核心内容主要是在无线传感器网络路由层的分簇多跳路由协议上进行研究,描述了分簇多跳路由协议的内容和相关原理,并引用刘志等人提出的RBMC路由协议进行分析,通过分析可知在RBMC路由协议中,仍然使用每环每轮重新分簇的方法来组织整个网络,因此在节点数量较多的情况下,协议性能不够理想。针对这个问题,提出了一种改进协议MCBMC,该协议是根据预测环剩余能量来使每环多轮成簇的路由协议,该协议可以降低节点能耗,提高网络的寿命。在进一步的分析中,发现RBMC路由协议仍使用CDMA的机制来降低簇间干扰,这会影响多跳分簇协议的性能,通过引入定向天线阵列、设计DABEE协议解决了这一问题,进一步降低了节点能耗和延长了网络的寿命。为验证改进协议,本文使用OPNET仿真工具对RBMC协议以及改进后的协议进行了仿真建模和实现,对改进前后的协议的剩余能量、平均剩余节点数等方面分别进行了比较和分析。仿真结果表明改进的协议能够降低节点平均能耗,增加无线传感器网络的寿命。
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