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研究生:陳愷翊
研究生(外文):Kai-I Chen
論文名稱:無線感測網路中資料收集協定研究
論文名稱(外文):The Study of Data Collection Protocols in Wireless Sensor Networks
指導教授:陳啓彰
指導教授(外文):Chi-Chang Chen
口試委員:廖冠雄張燕光陳啓彰
口試委員(外文):Guan-Syong LiaoYan-Guang JhangChi-Chang Chen
口試日期:2013-07-25
學位類別:碩士
校院名稱:義守大學
系所名稱:資訊工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:53
中文關鍵詞:資料收集協定無線感測網路正六邊形分割
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無線感測網路的相關研究中,感測節點大多是隨機佈置的,感測網路的傳輸主要是依靠電池來供電,所以最重要的一點就是如何去延長網路壽命,維持感測節點的能源控制,並有效的將資料回傳到接收器。
本論文主要是針對無線感測網路資料收集協定來做改善,將感測節點隨機佈置,再將感測節點做壟罩區塊,在感測節點中的每一個區塊會有一個負責傳送資料的感測節點,再利用廣播的方式建樹,每個建樹過程都會利用分區的規則往鄰近下游節點去做廣播,等到建樹完成之後再依照樹的路徑往鄰近上游節點利用跳數(hop)傳送,當資料聚集在其中一點時,為了減少跳數,利用資料聚合的方式將下游節點所有資料聚集之後,再往上游節點傳送,同時為了讓所有節點能量平均化,節點達到一定的死亡數則改為以直傳的方式將資料傳送到基地台。
在本論文中提出HTR(Hexagon Tree Routing) 的方法,將無線感測網路劃分成數個大小相同的正六邊形,每個正六邊形均會選擇一個點來當叢集頭,再利用分區來建樹,之後再將資料依照樹的路徑傳回接收器,當有資料聚合區塊,先到達聚合區塊的資料就先做等待,等到下游區的資料全部聚集完成之後,再將資料往鄰近上游節點做傳送。根據摸擬結果,HTR剩餘節點比LEACH多了約1.3倍的數量,且封包收集數也比LEACH多了33%,由此可知我們的資料收集方法在網路存活及資料收集上比LEACH較有效率。同時我們也和另一資料收集方法DGP做比較, 其結果也較DGP為佳.

In the study of wireless sensor networks, sensor nodes are mostly assumed to be randomly deployed. The transmission of data for sensors in the wireless sensor networks relies mainly on batteries, so that the most important thing is to extend the network lifetime by maintaining sensor energy.
In this thesis, we propose a routing protocol, called HTR (Hexagon Tree Routing) method. In HTR, the wireless sensor network is divided into a number of regular hexagons of the same size. In each hexagon, the HTR chooses a sensor as the cluster head, and uses the cluster heads to build a routing tree. In the routing tree, each cluster head collects data from its upstream cluster heads and performs the data aggregation at the same time. According to the simulation results, the amount of remaining nodes of the HTR are about 1.3 times more than that of LEACH, and the number of packets collected of the HTR are 33% more than those of LEACH. It can be seen that our data collection method is more efficient than the well-known LEACH protocol. Meanwhile, we compare our method with the other data collection protocol called DGP. Our method also outperforms DGP.

目錄
摘要……………………………………………………………………I
目錄……………………………………………………………………VI
圖目錄………………………………………………………………VIII
第一章、緒論……………………………………………………………1
第一節、無線感測網路簡介………………………………………1
第二節、影響無線感測網路主要因素……………………………4
第三節、章節概要…………………………………………………8
第二章、相關研究………………………………………………………9
第一節、網路通訊模式……………………………………………9
第二節、文獻探討…………………………………………………11
第三節、資料收集協定探討………………………………………13
第四節、感測節點無縫幾何排列…………………………………17
第三章、感測節點之叢集樹狀結構……………………………………21
第一節、叢集分群之問題描述……………………………………21
第二節、研究方法與步驟…………………………………………22
第三節、資料傳輸…………………………………………………23
第四章、實驗結果與分析………………………………………………25
第一節、實驗環境的建置和實驗數據分析………………………25
第二節、實驗結果分析……………………………………………26
第五章、結論……………………………………………………………40
參考文獻………………………………………………………………41

圖目錄
圖1. 感測節點(來源[1]) ………………………………………………2
圖2. 無線感測網路結構圖(來源[12])…………………………………9
圖3. 接收器的廣播路線封包(來源[3])………………………………14
圖4. 正方形樹狀結構(來源[3])………………………………………15
圖5. 正三角形之擺置(來源[11]) ……………………………………16
圖6. 正方形之擺置(來源[11]) ………………………………………16
圖7. 正六邊形之擺置(來源[11]) ……………………………………16
圖8. 正三角形擺置增加面積(來源[11]) ……………………………17
圖9. 利用三角形計算褐色面積(來源[11]) …………………………17
圖10. 利用圖9褐色面積計算出綠色面積(來源[11])………………17
圖11. 正方形擺置增加面積(來源[11])………………………………18
圖12. 正六邊形擺置增加面積(來源[11])……………………………19
圖13. 灰色區塊(來源[11])……………………………………………19
圖14. 在一定範圍內劃分六邊形壟罩 ………………………………21
圖15. 接收器在一開始對所有節點做廣播 …………………………22
圖16. 正六邊形樹狀結構 ……………………………………………23
圖17. 300個感測節點………………………………………………25
圖18. n=300節點存活數隨著回合數變化…………………………27
圖19. n=300基地台接收封包量隨著回合數變化 …………………28
圖20. n=300所有節點能量總和隨著回合數變化 …………………29
圖21. 500個感測節點 ………………………………………………30
圖22. n=500節點存活數隨著回合數變化 …………………………31
圖23. n=500基地台接收封包量隨著回合數變化 …………………32
圖24. n=500所有節點能量總和隨著回合數變化 …………………33
圖25. 不同的傳輸半徑節點存活數隨著回合數變化………………34
圖26. 不同的傳輸半徑基地台接收封包量隨著回合數變化………35
圖27. 所有節點在不同的傳輸半徑能量總和隨著回合數變化……36
[1]Jari K. Juntunen, Mauri Kuorilehto, Mikko Kohvakka, Ville A. Kaseva, Marko Hannikainen, timo.d.hamalainen, “WSN API: APPLICATION PROGRAMMING INTERFACE FOR WIRELESS SENSOR NETWORKS” in Proceedings of IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, pp. 1-5, 2006.

[2]Nesrine Chakchouk, Bechir Hamdaoui, and Mounir Frikha, “WCDS-Induced Routing for Data-Aggregation in Wireless Sensor Networks” in Proceedings of IEEE International Symposium, pp. 1-6, 2009.

[3]蔡秉宏, 蔡政賢, 陳宗禧, “在混合式無線感測網路中資料收集協定研究” National Computer Symposium, pp. 190-199, 2011.

[4]Yaoyao Gu, Doruk Bozdag, Eylem Ekici, Fu¨sun O¨ zgu¨ner, Chang-Gun Lee, “Partitioning Based Mobile Element Scheduling in Wireless Sensor Networks”, full text paper was peer reviewed at the direction of IEEE Communications Society subject matter experts for publication in the IEEE SECON 2005 proceedings, pp.386-395.

[5]Xiaoyan Hong, Mario Gerla and Hanbiao Wang, “Load Balanced Energy-Aware Communications for Mars Sensor Networks”, in Proceedings of IEEE Aerospace Conference, vol. 3, pp. 1109-1115, Mar. 2002.

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[7]Ming Ma and Yuanyuan Yang, “Data Gathering in Wireless Sensor Networks with Mobile Collectors”, Parallel and Distributed Processing, pp. 1-9, 2008.

[8]M. Dhanaraj and C. Siva Ram Murthy, “On Achieving Maximum Network Lifetime Through Optimal Placement of Cluster-heads in Wireless Sensor Networks”, This full text paper was peer reviewed at the direction of IEEE Communications Society subject matter experts for publication in the ICC proceedings. pp. 3142-3147,2007.


[9]W. Heinzelman, A. Chandrakasan, H. Balakrishnan, “Energyefficient communication protocol for wireless microsensor networks”, Proc. the 33rd International Conference on System Sciences (HICSS '00), January 2000.


[10]Zong-Kai Chen, Chi-Chang Chen, “Relay Node Placement in Wireless Sensor Network”, The Fourth Workshop on Wireless Ad Hoc and Sensor Networks, Tainan, Taiwan, Sep. 2008.

[11]張圻毓, 陳啟彰, “無線感測節點無縫幾何排列, ” 2010資訊技術應用管理研討會, 高雄, 台灣, June, 2010.

[12]http://www.coa.gov.tw/view.php?catid=18014


[13]Neander J, Lennvall T, Gidlund M, “Prolonging Wireless HART Network Lifetime Using Packet Aggregation”, Industrial Electronics (ISIE), IEEE International Symposium, pp. 1230-1236, 2011.

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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