基于精确地理位置的WSN拓扑控制研究

论文摘要

无线传感器网络中,拓扑控制很大程度上影响网络性能,较好的拓扑结构能减少节点能量的消耗,有利于延长网络的生存时间。文章首先简单介绍了WSN及拓扑控制的基本概念,分析了WSN拓扑控制机制的研究现状,重点介绍了分簇算法。在WSN拓扑控制机制中,LEACH是早期提出的自组织方式分簇协议之一,存在着分簇不均匀、簇头选择不合理及簇头节点直接和BS节点通信造成节点能耗过快等缺陷。针对这些不足,提出了一种基于精确地理位置的WSN拓扑控制算法:LEACH-L算法。该算法将监测区域划分成若干个正方形子区域,保证了分簇均匀;在簇头选择上,考虑了节点在簇中的位置和剩余能量两种因素,更为合理;提出一种新的机制选择中继节点转发数据,引进了MTE算法,避免了簇头节点直接和基站节点通信,减少了簇间通信的能耗。利用NS2网络模拟器对进行仿真,并介绍了仿真的原理和过程。最后对LEACH-L算法进行了数学分析和仿真实验。结果表明:相比于LEACH算法,LEACH-L算法在网络生存时间,节点能耗和网络吞吐量上有显著改进。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 论文的研究内容与方法
• 1.3 论文结构
• 第二章 无线传感器网络拓扑控制研究现状
• 2.1 无线传感器网络拓扑控制概述
• 2.1.1 无线传感器网络概述
• 2.1.2 无线传感器网络拓扑控制主要技术
• 2.2 分簇算法研究背景
• 2.2.1 基于LEACH 的分簇算法
• 2.2.2 其它分簇算法
• 2.3 小结
• 第三章 基于精确地理位置的WSN 拓扑控制机制的设计
• 3.1 设计的基本思想
• 3.2 基于精确地理位置的分簇机制设计
• 3.2.1 分簇机制设计
• 3.2.2 簇头节点选择机制设计
• 3.2.3 中继节点的选择机制设计
• 3.3 LEACH-L 的工作过程
• 3.3.1 拓扑结构的建立过程
• 3.3.2 网络稳定传输阶段
• 3.4 小结
• 第四章 基于精确地理位置的WSN 拓扑控制的仿真
• 4.1 仿真环境
• 4.1.1 仿真工具的选择
• 4.1.2 NS 中移动节点仿真模块
• 4.2 MIT u-AMPS NS 代码修改与扩展
• 4.3 LEACH-L 的仿真过程
• 4.3.1 MIT u-AMPS NS 代码移植与安装
• 4.3.2 源代码分析
• 4.3.3 LEACH-L NS 代码扩展
• 4.3.4 仿真测试
• 4.3.5 图形化仿真数据
• 4.4 小结
• 第五章 基于精确地理位置的WSN 拓扑控制的仿真结果分析
• 5.1 能量消耗分析
• 5.1.1 能量分发模型
• 5.1.2 能耗数学分析
• 5.2 NS2 仿真结果分析
• 5.3 算法优缺点分析
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文的主要工作及贡献
• 6.2 对下一步工作的思考
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文