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研究生: 鄭人華
Jen-Hua Cheng
論文名稱: 以路徑選擇演算法延長無線感測器網路壽命之研究
A Route-Selected Algorithm for Lengthening Lifetime of Wireless Sensor Network
指導教授: 莊謙本
Chuang, Chien-Pen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 78
中文關鍵詞: 無線感測器網路壽命路由協定權重路徑選擇省電
英文關鍵詞: wireless sensor network, routing protocol, weight, power-saving, lifetime
論文種類: 學術論文
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  • 無線感測器網路是近年來相當熱門的研究議題,其應用範圍很廣泛,但是電源的供應一直是無線感測器網路本身的限制。為了延長感測器網路的運作時間,許多研究著手於無線感測器網路中的省電機制。本論文是著重於路徑的選擇,以擇路延長網路壽命為目的。利用權重計算擇路演算法尋找適合的路徑傳送資料,與最小能量傳送方法( Minimum Transmission Energy、MTE)比較,約能延長整體感測器網路的33%運作時間,且對於整體網路的傳送效率影響不大。

    In the recent years、the wireless sensor network is a very hot subject. The application of wireless sensor network is popular in our daily life. However、the lifetime of wireless sensor network is limited. In order to lengthen the lifetime of wireless sensor network、a power-saving scheme was developed in this study. By using developed route-selecting algorithm、the power consumption will be reduced and lengthen the lifetime of sensors. It is estimated that the lifetime of sensor network will be 33% more than that of Traditional Minimum Transmission Energy Algorithm. Therefore、the developed algorithm can be a choice for lengthening sensor network lifetime、but with less efficient. .

    中文摘要……..………………………………………………………………ii 英文摘要………………………………………………………………………ii 誌  謝……………………………………………………………………iii 目  錄…………………………………………………………………………iv 圖 目 錄…………………………………………….……………………………vi 表 目 錄…………………………………………………………………………vii 第一章  緒論……………………………………………………………………1 1.1 簡介……………………………………………………………………2 1.2 研究背景………………………………………………………………3 1.3 研究動機………………………………………………………………3 1.4 研究目的………………………………………………………………6 1.5 研究方法………………………………………………………………6 1.6 論文架構………………………………………………………………7 第二章  相關知識與研究………………………………………………………8 2.1 媒體擷取控制層(MAC)…………………...………………………9 2.2 網路通訊層感測器網路研究………………………………………..13 2.2.1 無線網路之路由協定研究……………………………………..16 2.2 無線感測器網路壽命因素之分析…………………………………..18 第三章  延長網路壽命之擇路演算法………………………………………..20 3.1 網路環境的假設…………………………………………………..…21 3.2 建立初始路徑………………………………………………………..21 3.3 傳送路徑的篩選……………………………………………………..22 3.3.1 路徑的初步篩選………………………………………..……....22 3.4 反敗為勝演算法……………………………………………………..28 3.4.1 最佳電能優先檢查法(BEP)....………………………………33 3.4.2 最弱電量交點優先檢查法(WCP)……………………………37 3.4.3 最多交線節點優先檢查法(MCP)……………………………41 3.5 Route Cost計算演算法…….………………………………………...47 第四章  模擬結果……………………………………………………………..50 4.1 模擬環境……………………………………………………………..50 4.2 系統生命的比較……………………………………………………..51 4.2.1 感測節點分佈方式模擬………...……………………………...51 4.2.2 sink/source在不同距離時的系統壽命比較.……………….53 4.2.3 不同電量分佈的系統壽命比較……...………………………...55 4.2.4 sink固定 source 節點隨機的模擬較.………………………...57 4.3 Route Cost 計算演算法之模擬比較…....…………………………..60 第五章  結論與展望…………………………………………………………..64 5.1 結論…………………………………………………………………..64 5.2 未來發展……………………………………………………………..65 參考文獻……………………………………………………………………….66 圖目錄 圖1-1 無線感測器的主要構成單元…...………..…………………………….…...1 圖1-2 傳統的Routing方法……..……………………………….……….…..……4 圖1-3 MTE最小能量傳送法………………………………………………....……4 圖1-4 路徑選擇方式………………………………………………………….…....5 圖1-5 本論文章節…………………………………………………………….…....7 圖2-1 開放式網路系統架構…………………………….…………………...….…8 圖2-2 週期性工作與休眠機制…………………………..……….………………11 圖2-3 (a)直接通訊 (b)路由通訊………………………..………………...…13 圖2-3 (c)群組通訊…………………………………………..……….…………..14 圖2-4 路由路徑選擇……………………………………….………….……….…15 圖3-1 sink 與 source 間初始路徑及電量分佈圖………………..….…………26 圖3-2 初始路徑經過初步篩選結果圖………………………..……….…………27 圖3-3 初始路徑交錯在多個節點……………………………….…….………….29 圖3-4 交錯節點的路徑與電量分佈圖………………………………...…………32 圖3-5 GEP演算法流程圖………………………………..……..…….………….34 圖3-6 圖3-2經由GEP方法所篩選出的路徑表示圖…………………..……..……36 圖3-7 WCP演算法流程圖……………………………………….…...………......39 圖3-8 圖3-2經由WCP方法所篩選路徑和電量示意圖………………….……....…41 圖3-9 MCP演算法之流程圖……………………………………………...…...…44 圖3-10 圖3-2經由MCP方法所篩選出來的路徑和電量圖……………….….…..…46 圖4-1 說明感測節點格狀分佈情境的Pseudo Code………………………….…52 圖4-2 說明感測節點隨機分佈情境的Pseudo Code…………………...….….…52 圖4-3 感測節點分佈方式比較圖………………………….………………….…52 圖4-4 外圍節點層數示意圖………………………………...……………………54 圖4-5 對應層數變化sink與source的位置情境Pseudo Code……..…….…..…54 圖4-6 sink/source在不同距離時的生命週期比較……………………….………55 圖4-7 不同電量分佈情境的Pseudo Code……….…………………………....…56 圖4-8 電量分佈Uniform與Random的比較…….………………………………56 圖4-9 在Source隨機出現下電量Uniform與Random的比較…………………57 圖4-10 初始電量固定source node隨機出現的Pseudo Code…………………….58 圖4-11 初始電量隨機分佈source node隨機出現的Pseudo Code……………….59 圖4-12 BEP載入Route cost機制前後的壽命比較………………………...……..60 圖4-13 BEP+ Route cost與MTE的壽命效能比較圖…………………….………60 表目錄 表3-1 路徑篩選所使用的參數意義………………………………….……24 表3-2 Route Cost計算參數表………………………………..……………48 表4-1 模擬使用的環境參數及其預設值……..………………...…………50 表4-2 BEP + Route Cost 模擬資料………………………………..……...61

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