传感器网络瓶颈节点识别算法及其研究

论文摘要

无线传感器网络集成了传感器、微机电系统、嵌入式计算、分布式信息处理和网络通信五大技术,是一种全新的信息获取和处理技术。它能够协作地实时监测、感知和采集网络覆盖区域内的各种环境或监测对象的信息,并对这些信息进行处理,获得详尽而准确的数据,传送给需要这些信息的用户。在实际应用中,传感器节点一般由不可再生且不易更换的电池供电,所以如何高效利用有限的能量是无线传感器网络最关注的问题。在一个随机部署的无线传感器网络中,节点的重要性是不一样的。无线传感器网络中的“瓶颈节点”是指那些由于随机部署的原因而不得不成为连接两个或多个区域的孤立的节点。由于这些节点处于特殊的位置,区域间传送数据都必须经过这些节点,以致其寿命大大小于其它的节点。一旦这些节点死亡,网络将被割裂成几个不连通的分支,造成网络不能正常工作,甚至网络寿命的终结,因此研究这类节点具有十分重要的意义。在国内外相关研究工作的基础上,本文针对无线传感器网络中的瓶颈节点问题及其对网络性能的影响进行了研究,研究重点在于瓶颈节点的识别算法。本文首先对传感器网络相关的技术背景和基本知识进行了简单介绍。随之给出了瓶颈节点的定义及其特点,并通过仿真分析了瓶颈节点对网络性能的影响。在此基础上,给出了几种瓶颈节点的识别算法,包括准瓶颈节点算法、瓶颈节点标识算法、瓶颈系数法和瓶颈节点局部探测算法,并对这些算法进行了详细的描述和分析。通过仿真实验表明,瓶颈节点局部探测算法对网络中瓶颈节点检测的准确度较高。最后,本文介绍了三种瓶颈节点问题的解决办法,即数据汇聚、增派支援节点和改进分簇路由协议,并通过仿真验证它们能够较好地避免瓶颈节点能量消耗过快的问题,减弱瓶颈节点对网络的不利影响,有效地延长网络的生存期。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究内容及组织结构
• 第2章 无线传感器网络概述
• 2.1 传感器网络的体系结构
• 2.1.1 传感器网络的定义及其结构
• 2.1.2 传感器节点结构
• 2.1.3 传感器网络协议栈
• 2.1.4 传感器网络的组网结构
• 2.2 传感器网络的特征
• 2.2.1 与现有无线网络的区别
• 2.2.2 传感器节点的限制条件
• 2.2.3 传感器网络的特点
• 2.3 传感器网络的应用
• 2.4 传感器网络的关键技术
• 2.5 本章小结
• 第3章 瓶颈节点及其影响
• 3.1 瓶颈节点的定义
• 3.2 瓶颈节点的特点
• 3.3 相关概念的定义
• 3.3.1 信宿
• 3.3.2 多跳
• 3.3.3 网络寿命
• 3.3.4 邻居节点集
• 3.4 瓶颈节点对网络性能的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 瓶颈节点识别算法
• 4.1 准瓶颈节点算法
• 4.1.1 准瓶颈节点的定义
• 4.1.2 算法描述
• 4.1.3 算法分析
• 4.2 瓶颈节点标识算法
• 4.2.1 前提假设
• 4.2.2 算法描述
• 4.2.2.1 瓶颈节点判别（BNN-D）算法
• 4.2.2.2 瓶颈节点标识（BNN-L）算法
• 4.2.3 算法分析
• 4.3 瓶颈系数法
• 4.3.1 路由节点概率
• 4.3.2 下层邻居平均节点出度
• 4.3.3 瓶颈系数
• 4.3.4 算法分析
• 4.4 瓶颈节点局部探测算法
• 4.4.1 节点能耗假设
• 4.4.2 算法描述
• 4.4.3 算法分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 瓶颈节点问题解决方法
• 5.1 数据汇聚
• 5.2 增派支援节点
• 5.3 改进分簇路由协议
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 本文工作总结
• 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果