基于圆环模型的无线传感器网络生命周期研究

论文摘要

无线传感器网络是由大量的传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络区域中的信息并发送给观察者。无线传感器网络具有很高的研究价值和十分广阔的应用前景,引起了学术界和工业界的高度重视。能源受限是无线传感器网络的一个突出特点,设计节能的通信协议是延长无线传感器网络生命周期的一个重要途径。本文首先论述了国内外无线传感器网络的研究现状、无线传感器网络的特点、应用领域和通信协议结构;对现有的无线传感器网络的路由协议做了对比研究。根据无线通信的能耗模型,计算了单跳和多跳通信方式下不同圆环内的节点的能量消耗。在此基础上提出了“2跳”通信方式和基于时分的路由算法,节点在不同时间段分别采用单跳、多跳和“2跳”通信方式进行通信,以均衡处于不同圆环内的节点的能耗,达到延长整个网络的生命周期的目的。针对处于不同圆环内的节点的能耗不均衡问题,提出一种非均匀的节点部署算法。考虑到靠近基站的节点需要承担外围节点的数据转发任务、需要消耗更多的能量,采取在靠近基站的区域内部署较多的节点,并通过覆盖调度来延长整个整个网络的生命周期。利用分簇技术可以有效延长无线传感器网络的生存时间。在分簇算法中,处于不同圆环内的簇头节点也存在能耗不均衡的问题,提出了一种非均衡的分簇算法。算法通过设置簇的规模来均衡处于不同位置簇头的能量消耗,来延长整个网络的生命周期。仿真实验表明,基于时分的路由算法、非均匀的节点部署算法和非均衡的分簇算法均可以平衡不同圆环内节点的能量消耗,有效延长网络的生命周期。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 本文主要工作
• 第2章 无线传感器网络能量消耗和生命周期概述
• 2.1 无线传感器网络概述
• 2.1.1 无线传感器网络的体系结构
• 2.1.2 无线传感器网络的应用
• 2.1.3 无线传感器网络的特点
• 2.1.4 无线传感器网络中的关键技术
• 2.1.5 无线传感器网络的研究内容
• 2.2 无线传感器路由协议
• 2.2.1 无线传感器路由协议概述
• 2.2.2 平面路由协议
• 2.2.3 层次路由协议
• 2.2.4 基于位置的路由协议
• 2.2.5 路由协议的性能分析
• 2.3 无线传感器网络的能量消耗和生命周期
• 2.3.1 能量管理策略
• 2.3.2 无线传感器网络的生命周期
• 2.3.3 生命周期问题的研究现状
• 2.3.4 无线传感器网络模型
• 2.4 小结
• 第3章 基于时分的路由算法
• 3.1 问题陈述
• 3.2 基于时分的路由算法
• 3.2.1 2 跳通信方式
• 3.2.2 时分路由算法
• 3.3 仿真实验
• 3.4 小结
• 第4章 非均匀的节点部署算法
• 4.1 相关工作
• 4.2 非均匀的节点部署算法
• C'>4.2.1 簇内通信半径R_C
• 4.2.2 节点能耗分析
• 4.2.3 节点密度
• 4.2.4 覆盖调度
• 4.3 仿真实验
• 4.4 小结
• 第5章 非均衡分簇算法
• 5.1 问题陈述
• 5.2 相关工作
• 5.3 簇头与基站采用单跳通信时的非均衡分簇算法
• 1和最外层圆环的宽度Δ_m'>5.3.1 计算最内层圆半径r₁和最外层圆环的宽度Δ_m
• i和宽度Δ_i'>5.3.2 计算中间圆环的半径r_i和宽度Δ_i
• 5.3.3 簇头选举算法
• 5.3.4 仿真实验
• 5.4 簇头与基站采用多跳通信时的非均衡分簇算法
• 5.4.1 内层圆的半径r
• max'>5.4.2 最大单跳距离R_max
• C'>5.4.3 竞选簇头的通信半径R_C
• 5.4.4 簇头选举算法
• 5.4.5 仿真实验
• 5.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士期间发表论文和参加的项目
• 致谢