关于无线传感器网络节能的若干关键问题研究

论文摘要

近年来,无线传感器网络技术得到了飞速发展和广泛关注。作为影响传感器网络性能的一个核心方面,传感器节点的节能问题已成为当前的研究热点之一。本论文重点研究了与无线传感器网络节能相关的四个方面的问题:节点定位、网络分簇与簇间路由、感知区域覆盖以及网络瓶颈节点判别,提出了相应的模型和算法,并进行了仿真验证与分析。论文工作的创新点主要体现在如下方面:1)提出了一种分布式WSN节点定位方法,称为MDS-MAP（D）。该方法以Ordinal MDS理论为基础,使用节点间的跳数作为度量,结合局部网络划分机制,获得局部网络内的节点间的最短路径,在不需要高精度的测距方法和设备的支持下,完成节点相对位置的计算,降低了节点定位的计算复杂度。明确给出了融合局部网络的方法。利用有限的锚点绝对坐标,该方法可以获得全部节点的绝对坐标,且定位精度较类似方法有所提高。2)提出了一种非均匀分簇和建立簇间路由的算法,称为EER。EER通过一个给出的非线性函数控制节点的竞争半径,调整非线性函数行为的参数与节点到sink点的跳数有关。在该函数的控制下,WSN中建立的节点簇的大小呈现非均匀的状态,距离sink点越近的区域,簇的面积越小,簇中含有的节点越少。节省簇头汇聚簇内节点数据的能量,可使更多的能量用于簇间的数据转发。EER的非均匀分簇方法还使得临近sink点的区域能够产生更多的簇,有利于簇头节点的能耗平衡。3)提出了一种能耗平衡的WSN感知区域连通覆盖模型。该模型基于Voronoi划分和Delaunay三角剖分理论,包含跳数测量、节点分层、网络三角剖分和可休眠节点查找等环节,利用节点分层机制,在保证各个节点到sink点的连通性的同时,寻找可同时进入休眠状态的冗余节点,从而得到感知区域的连通覆盖集。4)提出了一种WSN网络瓶颈节点的判别方法,称为节点瓶颈系数法。节点瓶颈系数法包含两个核心概念:节点的路由节点概率和下层邻居平均节点出度。节点瓶颈系数很好地表征了节点的瓶颈程度。计算瓶颈系数仅需要了解节点的一跳邻居信息。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景与意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 选题意义
• 1.1.3 论文的主要研究工作
• 1.1.4 论文的组织结构
• 1.2 无线传感器网络的节能问题
• 1.2.1 节点定位与节能
• 1.2.2 网络分簇、路由与节能
• 1.2.3 感知覆盖与节能
• 1.2.4 瓶颈节点与节能
• 第2章 分布式定位算法MDS-MAP（D）
• 2.1 引言
• 2.2 MDS与Ordinal MDS
• 2.3 MDS-MAP（D）
• 2.3.1 算法描述
• 2.3.2 分簇过程
• 2.3.3 局部节点定位
• 2.3.4 融合算法与绝对坐标变换
• 2.4 分析与仿真
• 2.4.1 复杂度分析
• 2.4.2 仿真与结果分析
• 2.5 小结
• 第3章 节能路由模型EER
• 3.1 引言
• 3.2 节能路由模型EER
• 3.2.1 EER模型的基本思想
• 3.2.2 参数测量
• 3.2.3 竞争半径
• 3.2.4 选举簇头
• 3.3 仿真与结果分析
• 3.3.1 仿真环境
• 3.3.2 WSN网络的生存期
• 3.3.3 成簇数量的稳定性
• 3.3.4 能耗平衡性
• 3.3.5 簇的分布与簇间路由
• 3.4 小结
• 第4章 能耗平衡覆盖模型
• 4.1 引言
• 4.2 Voronoi划分与Delaunay三角剖分
• 4.2.1 Voronoi划分
• 4.2.2 Delaunay三角剖分
• 4.3 问题描述
• 4.4 能耗平衡覆盖模型
• 4.5 分析与仿真结果
• 4.5.1 模型分析
• 4.5.2 仿真结果
• 4.5.3 模型优化
• 4.5.4 优化结果
• 4.6 小结
• 第5章 瓶颈节点分析
• 5.1 引言
• 5.2 WSN中的瓶颈节点分析
• 5.2.1 路由节点概率
• 5.2.2 节点的瓶颈系数
• 5.3 仿真结果
• 5.3.1 结果分析
• 5.3.2 减弱瓶颈节点的影响
• 5.4 小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 图目录
• 表目录
• 作者简历
• 学位论文数据集