王素芳[1]2004年在《无线传感器网络路由协议分簇簇头选择改进算法》文中研究说明由传感器、微机电系统和网络叁大技术融合而形成的传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术。而无线传感器网络是计算机科学和技术的一个新的研究领域,由于其广阔的应用前景,近年来受到了越来越多的关注,各种面向具体应用的无线传感器网络路由协议应运而生。无线传感器网络依赖电池供电,电池能量有限,因此如何延长网络的生命周期是无线传感器网络中放在第一位的问题。论文首先对无线传感器网络目前的研究状况进行了阐述,接着对无线传感器网络路由协议进行了综述,在深入分析基于簇的分布式随机性簇头选择路由协议的基础上,提出了一种新的基于簇的考虑能量的簇头选择路由算法,该算法考虑了节点的剩余能量,降低了成为簇头的阈值。本文根据结构化设计的原则,用Delphi语言开发了一个基于能量的簇头选择算法的模拟程序。该程序按照各种不同试验条件的要求分成了若干个模块,有利于程序的调试和进一步完善。最后,作者利用开发的程序对改进的簇头选择算法进行了验证分析,通过新算法与随机性簇头选择算法路由协议的对比研究发现,使用改进的簇头选择算法路由协议大大节省了簇内的能量消耗,从而也提高了网络的寿命。
沈大威[2]2008年在《无线传感器网络分布式检测研究与应用》文中研究指明无线传感器网络是由大量的微小节点通过无线通信技术组成的自组织网络。传感器网络集数据的采集、传输、融合分析于一体,是信息技术的一个新领域。而分布式检测系统作为无线传感器网络上一种具体应用,可应用于军事指挥、控制、通信、气象预报和医疗诊断等。在分布式检测系统中,每个传感器对得到的观测数据先进行一定的预处理,然后将数据传送给其它节点并进行融合压缩处理,最后再汇总到管理中心。对数据的压缩性预处理降低了对通信带宽的要求,减少了能量消耗,降低了对单个传感器的性能要求和造价。分散的信号处理方式也可以增加计算容量。但是,由于管理中心只能得到压缩的观测信息,相对于无压缩融合处理的集中式检测会有性能损失。然而,通过对传感器信息的最优局部处理和合适的数据融合技术可以减小性能损失。但是,由于无线传感器网络无线通信的特殊性,无线通信信道往往非常复杂。在传统的分布式检测研究中,往往是将检测算法和通信因素分成两个领域来进行研究,一般在最终检测分析处理时不会考虑数据在传输过程中所受影响。近年来,有学者将信道的影响因素考虑进了分布式检测系统的融合处理中,称为信道敏感性检测融合。本文在简要介绍了无线传感器网络和数据融合理论的基本概念后,对基于无线传感器网络的信道敏感性分布式检测融合算法进行了研究和分析,并在分析了无线传感器网络中的核心技术之一的分簇路由协议之后,针对分簇路由技术结合当前典型的分簇路由算法,对各信道敏感性检测融合算法在各分簇路由协议中的应用情况和使用效果进行了分析。随后,针对无线传感器网络分簇路由协议中,分层的网络结构下无法有效使用信道敏感性检测融合算法的问题,对算法进行了推广改进,并对算法进行了仿真和分析,结果显示改进后的算法能够在分层的网络结构下进行有效的检测。然后再结合典型的分簇路由算法,对推广改进后算法在各典型分层路由下的应用情况和使用效果进行了简单的分析。最后,对研究工作进行了总结,并为以后的检测算法研究和实际无线传感器网络设计两方面提出一些新的建议,使二者的研究能够更有效的结合起来,提高整体性能。
黄洁[3]2014年在《基于模糊逻辑控制理论的HEED分簇方案的改进与实现》文中提出在网络中的无线传感器节点的处理能力，存储容量、能源资源有限，使网络的拓扑结构，能源使用效率的问题成为制约无线传感器网络发展的瓶颈问题。如何获得一个合理的网络拓扑结构、减少节点能量消耗俨然成为无线传感网络技术中的研究热点。现有的无线传感器网络分簇方案还存在许多问题，本文旨在从网络的拓扑结构、簇内均匀度以及网络的生命周期这叁个方面开展分簇方案的研究，在原HEED方案的基础之上提出了一个负载均衡、能量低且分簇均匀的分簇方案HEED-F（HEED Fuzzy）。方案主要进行了如下几个方面的改进：（1）在分簇过程中，综合考虑节点的自身剩余能量、周围邻居节点个数、平均距离叁个因素，构建模糊逻辑控制模型，用该模型计算节点的通信代价，将其作为HEED算法中簇头选择的次参数；（2）簇内优化：对一次分簇后得到的各子簇进行簇头优化，即选择一个通信代价最低的节点作为最终簇头；（3）多级分簇：对选出的簇头进行二次分簇后，根据能量最大准则动态选出代理的最终二级簇头，一级簇头通过单跳或多跳的方式将数据发送给代理二级簇头，并最终由二级簇头转发给sink节点，从而既降低了数据传输能耗，又延长了网络生命周期。最后，在MATLAB环境中对HEED-F算法进行仿真分析。仿真结果表明，HEED-F方案能获得良好的簇内均匀度和较长的生命周期。
王磊[4]2013年在《无线传感器网络低能耗安全路由协议的研究》文中研究说明无线传感器网络是一种综合信息采集、信息处理和信息传输功能于一体的智能网络信息系统。这种网络信息系统能够实时感知和采集各种环境数据和目标信息，实现人与物理世界之间的通信和信息交互，在军事和民用领域有十分广阔的应用前景。路由协议是无线传感器网络设计中的一个关键问题。为了提高网络的能量的效率和传输性能，在传感器节点个汇聚节点之间建立一个高效的传输路径是相当重要的。本文首先从无线传感器网络的定义、体系结构、特点、应用、关键技术等方面对无线传感器网络进行了概述，分析对比无线传感器网络的两类路由协议，介绍了无线传感器网络路由协议中常见的攻击类型并对其安全需求进行分析。接着从LEACH协议的物理模型、网络模型、具体的算法过程入手，对LEACH协议进行的详细的描述，对LEACH协议存在的优缺点进行了分析总结，并针对LEACH协议的缺点提出改进方案。其一是针对LEACH协议不均匀分簇可能导致能耗不均衡等缺点，提出一种均匀分簇多跳的路由协议。其二是分析LEACH协议容易受到的攻击，针对LEACH协议容易受到的攻击提出基于LEACH协议的一种安全密钥管理方案。本文对LEACH协议和改进后的LEACH协议进行了仿真分析，仿真结果表明改进后的LEACH协议均衡网络的能耗，延长网络的生命周期。理论性的验证了LEACH协议的安全密钥方案的有效性。最后，对本论文的工作进行总结，并提出了本课题领域有待于进一步研究的问题。
肖婧[5]2013年在《基于自组织神经网络的分簇成链协议研究》文中进行了进一步梳理在传感器技术、嵌入式计算技术，分布式信息处理技术和无线通信技术的飞速发展的环境下，无线传感器网络应运而生，并且已广泛应用于许多领域，具有一定的研究价值。借鉴无线传感器网络LEACH协议(Low Energy Adaptive clusteringHierarchy,低功耗自适应集簇分层型协议)，本文提出了一种基于自组织神经网络的分簇成链路由协议RBCSC（Routing based on Clustering Self-Organizing NeuralNetwork and Chain）。在无线传感器网络中，LEACH协议第一个提出了分簇的算法思想。LEACH是典型的分布式协议，该算法将网络划分为若干个簇，并采用基于TDMA（Time DivisionMultiple Access时分多址／CDMA(Code Division Multiple Access码分多址）的MAC层（Medium Access Control介质访问控制层）机制来减少簇内和簇间的冲突。在LEACH的基础上提出了LEACH-C协议，该协议是典型的集中式协议，利用模拟退火算法分簇，簇头能够较均匀的分布于网络中。LEA2C协议改进了LEACH-C协议，该协议与后者的不同在于采用自组织神经网络分簇。在采用自组织神经网络分簇的课题上，还有学者们提出的EBC-S协议。在本文中RBCSC协议采用Kohonen自组织映射和学习向量的量化LVQ相结合的算法进行分簇；借鉴PEGASIS(Power-Efficient GAthering in Sensor InformationSystems)协议的成链算法，簇内采用贪婪算法成链，低层簇头与低层簇头之间仍采用贪婪算法成链，最后选出高层簇头直接与基站进行通信。分析和仿真结果表明，与LEACH相比，改进后的算法虽然增加了复杂性，但在平衡节点能耗和延长网络寿命方面具有更优越的性能。RBCSC适合于中小型规模的网络，且基站离网络中心越远，RBCSC显示出更好的性能，初始能量对RBCSC的影响不大。
张建君[6]2009年在《基于地理位置的分簇路由协议GEECR的研究与设计》文中指出无线传感器网络是一种集成了传感器、嵌入式计算、分布式信息处理和无线通信等技术的新型网络,它在军事领域和民用领域有着巨大的科研价值和应用潜力。在无线传感器网络中因为节点的能源有限并且没有补充,所以无线传感器网络中的路由协议设计要尽量节省能源。本文分析了无线传感器网络中现有的几种路由协议,设计了一种新的基于地理位置的能量有效性的分簇路由协议GEECR。该协议分网络的初始化和稳定运行两个阶段,在网络初始化阶段,该协议要做的工作有：分簇、选举簇头、建立路由：在稳定运行阶段,协议要维护各个分簇的簇头和路由表信息。该协议根据监测区域的大小以及节点的地理位置信息分簇,使整个网络的分簇更加均匀；在簇头选举时,协议考虑了节点的剩余能量和当选簇头的次数,使得各个分簇内节点的能量消耗更加均衡；各个簇头节点通过最小路径多跳路由的方式与基站进行通信,避免了离基站较远的节点因为能量消耗过大而提前失效,使整个网络的能量消耗更加均衡。本文在NS2平台下对GEECR协议进行仿真,仿真结果表明GEECR协议能量消耗小、整个网络的能量消耗分布均衡、网络的生命周期较长。
廖鹰[7]2011年在《无线传感器网络自组织技术研究》文中研究表明无线传感器网络集成了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术、现代网络及无线通信技术，将数字化的信息世界与自然存在的物理世界融合在一起，改变了人类与客观世界的交互方式，是未来物联网的重要组成技术之一。在无线传感器网络中，节点通过无线通信的方式自组织形成网络系统，以实现对监测区域中对象的信息感知和处理。本文研究了无线传感器网络的自组织技术，较好地解决了无线传感器网络中随机分布节点的组网、网络边界的生成和网络配置的定量等问题。论文的主要工作如下：介绍了无线传感器网络研究的发展历程，总结了无线传感器网络应用领域，概述了无线传感器网络自组织技术目前的研究现状。在与其它传统无线网络拓扑控制机制比较的基础上，归纳了无线传感器网络分簇算法和路由算法应具有的特性，并对近年来针对无线传感器网络提出的代表性的算法进行了研究，总结了各种算法的特点和适合的应用场合，重点分析了它们的不足之处，最后指出了无线传感器网络分簇和路由算法未来发展的趋势。分析了节点均匀分布下的重迭分簇算法的性能，克服了以往的分簇算法的不足，提出了一种节点非均匀分布下自组织重迭分簇算法Nu-SOAC；通过改进簇头选举机制，减少簇内通信能耗，提出了改进的自组织重迭分簇算法SOAC，该算法能较好的应用于多种节点分布情况。仿真实验验证了算法在节点均匀和非均匀分布情况下均能取得较好的性能。考虑了节点的连接密度、剩余能量以及节点相对基站的位置，提出了针对基站位置固定的无线传感器网络的一种基于节点位置和分布密度的多跳自组织分簇算法SACN；在此基础上进行优化了成簇方式，减少了簇内广播通信，针对基站位置已知的情况，提出了一种性能更优的分布式自组织平衡分簇算法DSBCA，通过仿真分析验证其能够有效生成结构更为均衡的分簇结构，延长网络的生存周期。分析了无线传感器网络的边界搜索算法的的研究现状，指出了先前研究的不足，从更可靠的分簇结构的角度出发，提出了基于分簇结构，对分簇边界进行融合的边界搜索算法，并通过仿真分析验证了基于分簇的边界搜索的可行性和可靠性。讨论了无线传感器网络配置的相关研究情况，针对节点的均匀分布的情况，建立了分析模型，分别就簇内单跳通信和多跳通信进行了讨论，得出了节点能量的基本要求和最优的节点通信半径；针对节点随机分布的情况，进行定量分析，将单分簇的分析的结论推广到一般情况下，给出了实现最小的全网络能耗的最优分簇半径的定量分析。
于谦[8]2014年在《基于分簇的无线传感器网络低能耗路由算法研究》文中指出无线传感器网络是信息获取的有力工具和手段，其覆盖面广、自适应能力强、布局方便灵活，对传统传感技术的发展起到重要作用，已成为21世纪最具有影响的新技术之一，在民用、军事、航空航天、环境资源保护等领域有着广阔的应用前景。路由协议是网络中传感器节点相互通信的基础，对于能量有限的无线传感器网络，如何降低网络能耗、延长网络生存周期是无线传感器网络路由协议研究的重点之一。本文从节能的角度，对无线传感器网络路由协议进行研究，针对LEACH路由协议中簇头节点负载过重，簇头能量利用率不高，提出了一种基于粒子群优化的双簇头分簇路由算法。该算法根据簇头任务的不同，利用节点的能量、距离汇聚节点的距离以及节点的位置关系分别构建适应值函数，选择出最优主簇头完成数据采集和融合任务，以及与其协作的最优副簇头完成簇间数据转发任务，最终实现采集能耗和传输能耗最小化。仿真实验结果表明，与LEACH和PSO-MV路由算法相比，该算法可以有效减轻簇头节点负载，减小簇头能量消耗，均衡整个网络能耗，延长了网络的生存周期。本文还对HEED路由协议进行研究，针对采用多跳的HEED路由协议中存在“热区”问题导致簇间能耗不均衡和“孤立节点”影响簇头能耗均衡等问题，提出了一种基于HEED的非均匀分簇路由算法。节点能量越高，越容易当选簇头，簇头根据其成为簇头的概率和距离汇聚节点远近计算其最佳簇半径来进行非均匀分簇，簇头之间通过相互竞争的方式产生最终簇头。对于节点处于多个簇通信范围内，依据通信代价的大小选择加入的簇。对于最终仍未入簇的“孤立节点”，则将数据转发至邻居节点中最近的节点所在簇内。最后簇头通过多跳方式将数据传输至汇聚节点。仿真实验结果表明，与采用多跳的HEED-M和EEUC路由算法相比，该算法在网络生存周期和簇头能耗方面均有很大的改善。
张立统[9]2014年在《无线医疗传感器网络的安全和隐私保护关键技术研究》文中研究说明无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是一种新兴网络技术。近年来无线传感器网络应用广泛，前景远大，特别是在医疗卫生方面。随着其在医疗方面日渐成熟，越来越多的医院、社区医疗服务站及家庭采用了无线医疗传感器网络作为改善其医疗服务水平和质量的重要措施。无线医疗传感器网络具有不同于传统网络的异质特征：一是网络规模大、传感器节点能量有限，并且节点通信能耗占节点能量的大部分；二是传感器网络中节点具有移动节点，需要考虑网络动态性；叁是网络以无线方式通信，且部署于开放环境，因此可能面临多种安全威胁。论文的针对无线医疗传感器网络的上述问题，提出叁种无线医疗传感器网络的应用场景。场景一，医院或疗养院的病房。医院或疗养院病房的面积相对较小而且区域固定，采用簇头节点固定的方法完成分簇，簇头和簇内成员节点均以多跳的方式实现数据传输。场景二，医院或疗养院的休闲区。医院或疗养院的休闲区范围较大，所有节点均不固定，且移动性较弱的场景，提出选择某阈值作为选择簇头标准或者以节点竞争方式选择簇头，簇头和簇内成员节点均以多跳的方式实现数据传输。场景叁，综合性医疗卫生场景。针对节点数量多、移动性强、网络拓扑结构复杂多变这种综合性医疗卫生场景，簇头的选择采用基于LEACH协议的改进算法，簇头和基站、簇成员节点和簇头间的通信均以单跳方式。然后，论文在分簇路由方案完成的基础上分别提出相应的节点认证和密钥管理方案。并对方案进行了安全和性能上的分析，均能有效的抵御多种安全威胁，保证了信息通信的新鲜性、可靠性。最后，通过模拟仿真方式分析证明，本论文所述方案均能有效的改善无线传感器网络的性能，有效延长网络中传感器节点的生存时间。并且该方案安全机制能防御多种安全攻击，保障用户信息的隐私权，实现预期安全效果。论文的研究具有一定的理论价值和现实意义，但是论文方案依然存在一些不足之处，例如，应用场景的局限性，对某些安全威胁没有有效的抵御能力等。
牛佳佩[10]2013年在《大规模无线传感器网络环域多扇区分簇路由算法研究》文中指出大规模无线传感器网络覆盖区域广,节点数目多,密集部署,感知数据量大,不同节点承担信息量不同,采用统一分簇,随机产生簇头,簇头轮换均衡节点能耗,存在簇头选举代价过高,网络能耗不均衡的问题,严重影响了网络性能。本文针对大规模无线传感器网络能耗不均衡问题进行研究,通过多策略的分簇、优化的簇头选举机制,均衡网络能耗,延长网络寿命是本课题研究的重点。主要工作如下：针对随机产生簇头存在簇头数目不确定问题,提出多参数优化的最优分簇数算法,计算全网能量消耗最低时分簇数；考虑能量、距离、邻域基数因素多轮选举簇头,使分簇更合理,降低了簇头选举代价。针对大规模无线传感器网络能耗不均衡问题,提出大规模无线传感器网络环域多扇区多跳分簇的路由算法MMCR:(1)把整个网络分为多个以基站为中心等间距的同心圆,根据每环消耗能量最低时分簇数Mj把各环分为以基站为圆心的均等的Mj个扇区(簇),均衡分簇保证簇头的均衡性,均衡网能耗；(2)各扇区内考虑节点剩余能量和与基站距离因素选择簇头,根据当前簇头剩余能量和簇内平均剩余能量关系,各环域按照多轮旋转机制选举簇头；(3)通信上簇内单跳,簇间多跳、单跳相结合,由距离权值选择下一跳中继簇头。最后,应用MMCR算法在大规模电池组充放电监控系统中测试其性能,实验结果表明,MMCR对均衡网络能耗,延长网络寿命具有较好效果。本课题针对大规模无线传感器网络能耗不均衡问题,主要从多策略的分簇、簇头选举机制进行均衡、优化网络能耗,提出大规模无线传感器网络环域多扇区多跳分簇的路由算法。仿真和实验表明,大规模无线传感器网络中,该算法在均衡网络能耗、延长网络寿命具有较好效果,有一定工业应用价值。
参考文献：
[1]. 无线传感器网络路由协议分簇簇头选择改进算法[D]. 王素芳. 天津大学. 2004
[2]. 无线传感器网络分布式检测研究与应用[D]. 沈大威. 电子科技大学. 2008
[3]. 基于模糊逻辑控制理论的HEED分簇方案的改进与实现[D]. 黄洁. 南京邮电大学. 2014
[4]. 无线传感器网络低能耗安全路由协议的研究[D]. 王磊. 南京邮电大学. 2013
[5]. 基于自组织神经网络的分簇成链协议研究[D]. 肖婧. 武汉工程大学. 2013
[6]. 基于地理位置的分簇路由协议GEECR的研究与设计[D]. 张建君. 东北大学. 2009
[7]. 无线传感器网络自组织技术研究[D]. 廖鹰. 华中科技大学. 2011
[8]. 基于分簇的无线传感器网络低能耗路由算法研究[D]. 于谦. 江苏科技大学. 2014
[9]. 无线医疗传感器网络的安全和隐私保护关键技术研究[D]. 张立统. 辽宁工业大学. 2014
[10]. 大规模无线传感器网络环域多扇区分簇路由算法研究[D]. 牛佳佩. 广东工业大学. 2013
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