一种用于多集装箱监测的低功耗路由协议研究.pdf

一种用于多集装箱监测的
低功耗路由协议研究




重庆大学硕士学位论文


学生姓名：庞蓓蓓
指导教师：梁 山 教 授
专 业：控制理论与控制工程
学科门类：工 学




重庆大学自动化学院
二 O 一 O 年四月
Low Power Routing Algorithm for
Multi-Container Monitoring System



A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Degree of Master of Engineering
By
Pang Beibei


Supervised by Shan
Major：Control Theory and Control Engineering

College of Automation of Chongqing
University , Chongqing, China
April, 2010
摘 要

随着国际贸易的不断发展和扩大，集装箱运输在现代物流体系的重要地位日
益凸显，运输方式以海运为主。然而在长时间的运输过程中，货物损坏事件频频
发生，亟需解决集装箱及货物的运输安全、实时可视化跟踪等问题。无线传感器
网络技术的应用是集装箱监测系统的发展趋势，而能量问题是无线传感器网络应
用中最关键的问题之一。针对多集装箱运输的情况，合适路由算法的引入能大大
降低能量消耗，而目前存在的多种路由协议由于其自身缺陷和应用相关性，并不
能很好地在多集装箱监测中使用，因此需要设计一种针对该应用的、简单有效的
路由算法以延长系统寿命。
本文构建了基于无线传感器网络的集装箱监测器，并在此基础上，针对多集
装箱海上运输的情况，设计了一种基于改进LEACH路由算法（LCMS）的低功耗
监测方法，以提高监测节点能量使用效率、延长网络寿命为目的展开研究。本文
重点研究了LEACH协议，并对LEACH进行了应用分析和应用改进，主要研究内容
包括以下四个方面：
① 研究了现有无线传感器网络路由协议，分析了其特点和设计目标，并从多
个方面对现有的经典协议进行了比较分析。
② 构建了基于无线传感器网络的集装箱监测器以提高系统的灵活性和功能
可扩展性；并在此基础上，针对多集装箱运输情况，提出了基于LEACH协议的监
测方法，为该应用降低系统功耗、延长系统寿命提出了一个新的思路。
③ 对LEACH用于多集装箱监测中存在的应用问题做了详尽的分析；针对存在
的“竞选节点无资格筛选问题”和“节点到基站不可达问题”，从簇的网络拓扑
的建立算法和簇头与sink的通信方式两个方面对LEACH协议进行了改进，提出了
用于多集装箱监测的改进LEACH协议——LCMS算法。
④ 对本文提出的监测方法、在该应用下的LEACH协议和LCMS算法进行了
Matlab仿真，仿真结果表明，LEACH协议的引入有效地降低了监测器能量消耗；
LCMS算法解决了LEACH协议用于多集装箱监测存在的应用问题，具有良好的应
用价值。

关键词：WSN；集装箱监测；低能耗；LEACH



I
ABSTRACT