基于能量优化的无线传感器网络协议性能研究

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1、摘要论文题目：基于能量优化的无线传感器网络协议性能研究专业：控制理论与控制工程研究生：仵元元指导教师：刘伟副教授摘要无线传感器网络的能耗问题是本领域当前的研究热点和难点之一。通信协议栈决定了无线传感器网络各层的工作模式，因此设计能量高效的网络协议便成为解决WSN能耗问题的重要途径。本文基于通信协议栈来研究WSN的能耗问题，重点研究了与能量优化最为密切的路由层和MAC层的能量优化策略，在分析了当前主流WSN路由协议和MAC协议的核心机制和性能特点的基础上，通过采用分布式功率管理算法，并引入跨层优化机制，设计了一种适用于WSN的能

2、量高效型跨层式通信协议；实验结果表明：所设计的通信协议可以很好的改善WSN的能耗特性、提升网络的有效吞吐量、并延长网络寿命。本论文的主要贡献如下：1.研究了WSN中影响网络能耗的各种因素，分析了各种能量优化策略和功率管理技术对网络性能的影响。2.在研究当前主流WSN路由协议的基础上，分析了WSN路由协议中与能量优化最为密切的因素。3.研究了当前主流的WSNMAC协议，对目前普遍采用的CSMA访问机制和睡眠机制进行了详细讨论；分析了MAC层造成能量浪费的主要原因，总结了在MAC减少能量浪费的各种方法。4.基于跨层优化的思想，提出

3、了一种适用于WSN的跨层通信协议-HCL协议；该协议基于主动转发的思想，利用“热度”的概念来平衡网络能耗。通过实验手段，对HCL协议的各种性能进行了详细分析。关键词：无线传感器网络能量优化功率控制路由协议MAC协议跨层优化论文类型：应用基础研究I摘要Subject:StudyOnPerformanceofWirelessSensorNetworksProtocolBasedonEnergyOptimizationSpecialty:ControlTheoryandControlEngineeringName:WUYuanyua

4、nSupervisor:LIUWeiABSTRACTEnergyconsumptioninWirelesssensornetworksisthehotanddifficultissueinthisfield.CommunicationProtocoldeterminestheworkingmodeofwirelesssensornetworksallfloors,hence,designingenergy-efficientnetworkprotocolforWSNwillbecomeanimportantwayinorder

5、toenergysaving.Thisdissertationinvestigatedtheenergy-efficientissuesbasedonthecommunicationprotocolstack,focusedontheoptimizationofenergyandismostcloselyroutinglayerandMAClayerenergyoptimizationstrategy,analysisofthecurrentmainstreamWSNroutingprotocolandMACprotocola

6、ndperformanceofthecoremechanismonthebasisofcharacteristics,throughtheuseofdistributedpowermanagementalgorithms,andtheintroductionofcross-layeroptimizationmechanisms,applicabletodesignaWSNenergy-efficientcross-layercommunicationprotocol;Theexperimentalresultsshowthat

7、:thedesignofcommunicationprotocolscanbeverygoodimprovementWSNpowerconsumptioncharacteristicsoftheeffectivethroughputofthenetworkupgradeandprolongthelifetimeofthenetwork.Thededicationofthisdissertationcontains:1.Inexaminingtheimpactofenergyconsumptiononthebasisofvari

8、ousfactors,weanalyzedavarietyofenergyoptimizationstrategiesandtechnologiesforpowermanagement,aswellastechnicalperformanceofthenetwork.2.In