無線傳感器網絡分簇路由協(xié)議的研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著我國物聯(lián)網產業(yè)化步伐的加快，作為物聯(lián)網關鍵技術之一的無線傳感器網絡得到越來越深入的研究和應用。無線傳感器網絡由大量處理能力、存儲能力、通信能力及電源能量有限的傳感器節(jié)點組成，這些節(jié)點既要承擔本地環(huán)境感知任務，又要緩存、轉發(fā)、處理來自其他節(jié)點的數(shù)據(jù)。能源消耗、通信距離、傳輸時延等成為制約無線傳感器網絡廣泛應用的因素。分簇路由協(xié)議通過引入層次路由、數(shù)據(jù)融合、周期更新等機制，能夠減少網絡中的數(shù)據(jù)通信量，提高能源利用效率，延長網絡的生命周期

2、，并且分簇結構更有利于網絡管理、支持節(jié)點移動，更適用于大規(guī)模網絡。因此研究并設計合理的分簇路由協(xié)議成為無線傳感器網絡的重點研究課題之一。
　　本論文首先從簇頭選擇、簇的形成及數(shù)據(jù)路由三個方面深入研究和分析了典型的無線傳感器網絡分簇路由算法，包括LEACH算法、TEEN算法、PEGASIS算法和HEED算法，并從簇頭選擇算法、簇的形成速度、路由維護開銷、負載均衡程度等方面對算法的性能進行了對比。然后結合異構無線傳感器網絡的特點，進一

3、步分析了分簇路由協(xié)議在異構無線傳感器網絡中的研究與發(fā)展。在此基礎上，本文提出了一種適用于由性能差異較大的節(jié)點組成的異構傳感器網絡固定簇頭分簇路由協(xié)議。協(xié)議采用高端節(jié)點擔任固定簇頭的分簇方式，詳細制定了普通節(jié)點請求入簇的通信協(xié)議及簇頭選擇方式，設計了綜合考慮跳數(shù)、路徑上節(jié)點的最小剩余能量的路徑選擇機制，并提出了一種區(qū)分實時性數(shù)據(jù)包和周期性數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)融合算法。
　　然后結合智能建筑設備控制的應用需求，設計了設備控制單片機節(jié)點硬件和軟

4、件工作流程，并且基于Linux嵌入式系統(tǒng)規(guī)劃了ARM簇頭節(jié)點的軟件結構和工作流程。ARM節(jié)點與網關無線通信采用IEEE802.11b協(xié)議，與單片機節(jié)點通信采用IEEE802.15.4協(xié)議。
　　最后，在北京交通大學下一代互聯(lián)網互聯(lián)設備國家工程實驗室傳感器網絡平臺上搭建了驗證系統(tǒng)，并借助PACKET Sniffer無線探嗅器，對本文設計的分簇路由協(xié)議進行了功能驗證和抓包分析。結果表明，本論文所設計的異構網絡分簇路由協(xié)議能夠實現(xiàn)分簇功