WSN中地理能量感知路由协议的研究与改进-信号与信息处理专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 南京邮电大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担一切相关的法律责任。 研究生签名： 日期： 南京邮电大学学位论文使用授权声明 本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文 档；允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索； 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。论文的公布（包括刊登）授权南京邮电大学研究生院办理。 涉密学位论文在解密后适用本授权书。 研究生签名： 导师签名： 日期： 摘要 无线传感器网络（WSN）中节点的能量有限性、如何降低网络能量消耗和延长网络的生 命周期是自 WSN 出现以来的重点研究问题。 WSN 的路由协议常常会因为节点能量耗尽失效导致整个网络失效，本文从路由协议的层 面来研究如何降低能量消耗以及延长网络生命周期。重点研究 WSN 中的地理能量感知路由 协议遭遇路由空洞和短暂路由环现象。本文提出两种不同的改进算法，小规模网络下改进的 地理能量感知路由协议（SGEAR）和改进的地理能量感知路由协议（MGEAR）。从不同的角 度和侧重点对地理能量感知路由协议算法进行改进，提高节点利用率、降低网络能量消耗、 避免路由空洞现象和延长网络生命周期。论文的主要工作如下： 1、研究并分析 WSN 研究背景及现状，主要特点和应用。其次，探讨了 WSN 路由协议 当前的主要问题。 2、针对地理能量感知路由协议的路由空洞和路由环问题，在小规模网络的特定场景下提 出改进算法 SGEAR。通过在距离和能量之间的折衷平衡，获得新的代价函数计算公式，选择 最优的路由路径。SGEAR 算法避免了节点修改自身代价值后，广播消息的不及时造成的短暂 路由环现象，通过在距离和能量之间的折中平衡来更好的优化路由协议。提高了时效性，减 少路由空洞个数，进一步降低网络能量消耗，延长网络的生命周期，更适合特定场景下小规 模网络中的 WSN 的应用。 3、针对地理能量感知路由协议的出现空洞节点、节点利用率低的问题，提出 MGEAR 算 法。该算法根据能量比例函数而不是传统的能量消耗函数来选择下一跳节点，初始能量与传 输数据消耗的能量的比值越大，该节点在被选为下一跳节点时的可能性更大，相比其他节点， 该节点越具有承担数据传输任务的能力。MGEAR 改进算法不仅避免了节点成为空洞节点， 更充分利用了部署在网络拓扑中的全部节点，提高整个网络内节点的使用率，数据传输过程 中活跃的节点数目更多。同时，网络拓扑中的死亡节点数目减少，避免路由空洞以及路由循 环情况，进一步延长了网络生命周期。 关键词: 无线传感器网络，地理能量感知路由协议，能量消耗，网络生命周期 I Abstract The limited energy of nodes, reducing the whole network energy consumption and prolonging the network life cycle are the key research questions of wireless sensor networks（WSN）. The routing protocols in WSN always led to network failure because of the nodes energy depletion, hence, the articles purpose is studying how to reduce network energy consumption and prolong the network life cycle. Geographic and energy aware routing protocol（GEAR）is an important protocol in WSN. As the GEAR is absence of enough topology knowledge and the nodes energy is limited, routing void and routing loop will be arisen. This paper presents two improved routing