无线传感器网络能量模型及其仿真研究

论文摘要

微机电系统（MEMS, Micro-Electro-Mechanism System）、片上系统（SOC,System on Chip）和无线通信技术的进步孕育了无线传感器网络（WSN--Wireless Sensor Network ）。它通常包含大量的自组织为多跳无线网络的分布式节点,它能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,传送到需要这些信息的用户。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,可广泛用于紧急搜索、灾难救助、军事应用等特殊环境中,因而具有广泛的应用前景,引起了学术界和工业界的高度重视。传感器节点能量受限是无线传感器网络的一个重要特性,因此,如何有效地使用有限的能量是无线传感器网络的一项核心技术。本文围绕无线传感器网络中的能量消耗问题进行研究,从能量消耗的角度建立网络系统模型并验证其正确性,主要研究成果如下:1.综述了现有的无线传感器网络的能量消耗策略。从节点和网络两个层面分别作了能耗分析,然后概述了节点硬件层面、节点软件层面、网络的拓扑控制、网络聚类、路由协议和数据融合中能量消耗策略的应用,为今后进一步研究无线传感器网络的能量消耗问题作了很好的铺垫。2.从能量消耗的角度建立了一个无线传感器网络的系统模型,其中包括:节点模型、网络模型和干涉模型,并对其进行了详细的分析。3.针对仿真模型中的参数估计问题设计了一个完整的框架,并通过编程实现得出了参数值。4.运用常用的网络仿真工具NS2对提出的系统模型进行了仿真,通过将得出的参数值与参数估计阶段得出值的对比,验证了该模型的正确性,为今后在无线传感器网络领域里的研究打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景、目的和意义
• 1.2 研究内容和所做的工作
• 1.3 国内外的研究现状
• 1.4 论文结构
• 第二章 相关概念及研究综述
• 2.1 无线传感器网络系统简介
• 2.2 无线传感器网络系统体系结构
• 2.2.1 网络结构
• 2.2.2 无线传感器网络节点结构
• 2.2.3 无线传感器网络协议栈
• 2.3 无线传感器网络系统特点与挑战
• 2.4 无线传感器网络的应用
• 2.5 本章总结
• 第三章 无线传感器网络的能量消耗策略
• 3.1 节点层面的能量消耗策略
• 3.1.1 节点硬件部分的能量消耗策略
• 3.1.2 节点软件部分的能量消耗策略
• 3.2 网络层面的能量消耗策略
• 3.2.1 网络聚类
• 3.2.2 拓扑控制
• 3.2.3 路由协议
• 3.2.4 数据融合
• 3.3 本章总结
• 第四章 无线传感器网络能量模型
• 4.1 模型提出的背景与假设
• 4.1.1 马尔科夫链的引入
• 4.1.2 模型提出的背景
• 4.1.3 模型提出的假设
• 4.2 模型建立
• 4.2.1 节点模型
• 4.2.2 网络模型
• 4.2.3 干涉模型
• 4.2.4 能量模型
• 4.3 模型分析
• 4.4 模型中的参数估计框架设计与实现
• 4.4.1 参数估计框架设计
• 4.4.2 参数估计的实现
• 4.5 本章总结
• 第五章 网络仿真平台NS2 原理分析
• 5.1 NS2 中各模块及其功能
• 5.1.1 NS2 中的软件模块
• 5.1.2 NS2 中的功能模块
• 5.2 NS2 的语言支持
• 5.3 NS2 的基类
• 5.4 NS2 的网络仿真
• 5.4.1 NS2 的网络仿真过程
• 5.4.2 NS2 的网络仿真方法
• 5.4.3 NS2 中的无线传感器网络仿真
• 5.5 本章总结
• 第六章 无线传感器网络能量模型的NS2 仿真及分析
• 6.1 能量模型的 Otcl 仿真实现
• 6.1.1 搭建仿真环境
• 6.1.2 仿真测试程序
• 6.2 仿真结果及分析
• 6.2.1 Nam 演示
• 6.2.2 Trace 文件
• 6.2.3 仿真结果对比及分析
• 6.3 本章总结
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果