基于低能耗策略的无线传感器网络相关技术研究

论文摘要

融合传感器、嵌入式计算、分布式信息处理和无线通信等众多技术而形成的无线传感器网络是一种全新的信息获取、处理和传输技术,由于无线传感器网络具有组网快捷、灵活,且不受有线网络约束的优点,因而具有广泛的应用前景,近年来也受到了越来越多的关注。无线传感器网络是能量严重受限的网络,如何有效节能以最大化网络的生命周期是传感器网络研究面临的首要问题。本论文围绕无线传感器网络能效问题展开研究,主要分析了无线传感器网络的节能策略,包括减少单跳通信距离、降低数据流量、减少通信冲突、降低数据采集精度等等。主要工作集中在以下两个方面:1.无线传感器网络中,网络分簇结构可以大大提高系统性能,利用得好,可以有效降低网络能耗,本文通过对现有典型的无线传感器网络路由协议的分簇算法进行分析对比,并提出了基于节点剩余能量和距离的分簇算法EDCSA,即剩余能量较多且距离基站较近的节点当选为簇头节点的概率较大的思想,主要问题包括最佳簇头数目的计算、簇头的选举、簇的形成以及簇的维护等。仿真实验证明了该分簇算法在降低无线传感器网络能耗上具有较好的效果。2.传感器网络采集的数据具有较大的相似性和冗余度,利用这种相关性进行数据融合以减少数据传输量,是无线传感器网络研究中降低能量消耗的一个重要思想。但是目前数据融合多集中在汇聚节点上,而忽略了直接采集数据的节点。本论文就从此问题出发,结合层次式网络结构,提出了一种分级数据融合方法——簇内成员节点上的基于时间序列的数据融合与簇头节点上的基于矩阵分析的数据融合相结合的方法。最后是对本文工作的总结和对后续工作的展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 研究目的及意义
• 1.3 本论文的研究内容
• 1.4 文组织结构
• 第2章 无线传感器网络节能技术相关研究
• 2.1 无线传感器网络概述
• 2.1.1 无线传感器网络体系结构
• 2.1.2 无线传感器网络的特征
• 2.1.3 无线传感器网络的应用
• 2.1.4 线传感器网络的研究进展
• 2.2 无线传感器网络能耗特点分析
• 2.3 无线传感器网络中的节能策路
• 2.4 无线传感器网络路由协议的分簇算法研究
• 2.4.1 分簇算法基本概念
• 2.4.2 分簇算法基本目标及性能评价
• 2.4.3 无线传感器网络路由协议分簇算法研究
• 2.5 无线传感器网络数据融合
• 2.5.1 数据融合的定义
• 2.5.2 数据融合的作用
• 2.5.3 数据融合的分类
• 2.5.4 无线传感器网络的数据融合研究
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于剩余能量和距离的低能耗分簇算法
• 3.1 算法的提出
• 3.2 算法设计与描述
• 3.2.1 最佳簇头数目计算公式改进
• 3.2.2 节点特征值的提出
• 3.2.3 簇头选举算法
• 3.2.4 簇的形成和维护
• 3.3 算法的仿真和性能评价
• 3.3.1 仿真软件NS2介绍
• 3.3.2 仿真环境的建立
• 3.3.3 实验结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于低能耗的无线传感器网络数据融合策略
• 4.1 问题的提出
• 4.2 策略的基本思想
• 4.2.1 策略的假设条件
• 4.2.2 节点的工作状态与融合算法选择
• 4.2.3 融合算法描述
• 4.3 策略的实现框架
• 4.3.1 初始化
• 4.3.2 框架具体描述
• 4.3.3 簇内同步机制
• 4.4 策略效果定性分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢