无线传感器网络数据聚合算法的研究

论文摘要

近几年,关于无线传感器网络的研究取得了一定的成果。但是,适合无线传感器网络的数据聚合协议仍存在着广泛的研究空间。由于无线传感器网络受节点能量的限制,而传感器节点的大部分能量消耗在数据传输上,所以,如何减少网络中传输数据量,降低节点能量消耗,延长网络寿命成为无线传感器网络研究的一个重点。本文在对无线传感器网络数据聚合协议分析的基础上,主要做了两方面的研究。首先,提出基于模式码的簇内数据聚合算法,利用模式码在执行数据聚合中,考虑应用睡眠-激活机制,减少网络中数据传输量,去除冗余数据；其次,提出基于簇头成树的数据聚合算法,利用簇头在构建聚合树的过程中,综合考虑节点剩余能量、数据传输代价及聚合节点的聚合效益三个因素,查找更优的聚合节点,有效减少网络中传输的信息量,平衡网络延迟与能量消耗。在NS2网络仿真平台上进行仿真测试,结果表明：当监测区域内有大量冗余数据时,基于模式码的簇内数据聚合算法在能量消耗方面明显优于传统的加权平均数据聚合算法,有效地提高了网络整体能量利用率；在网络规模不是很大的监测区域内,基于簇头成树的数据聚合算法在能量利用与网络延迟方面均明显优于定向扩散协议,减少了网络能量消耗,降低网络延迟。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作内容
• 1.4 本文的组织结构
• 第2章 无线传感器网络数据聚合技术分析
• 2.1 无线传感器网络简介
• 2.1.1 无线传感器网络的体系结构
• 2.1.2 无线传感器网络的特征
• 2.1.3 无线传感器网络的分类
• 2.1.4 无线传感器网络的关键技术
• 2.1.5 无线传感器网络的应用领域
• 2.2 无线传感器网络数据聚合相关知识介绍
• 2.2.1 数据聚合的概念
• 2.2.2 数据聚合的作用
• 2.2.3 数据聚合的分类
• 2.3 无线传感器网络中数据聚合技术
• 2.3.1 聚合算法
• 2.3.2 基于数据聚合技术的路由协议
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于模式码的簇内数据聚合算法
• 3.1 基于模式码的簇内数据聚合算法设计的主要思想
• 3.2 模式码
• 3.2.1 模式码概念
• 3.2.2 模式码生成算法
• 3.2.3 模式码选择算法
• 3.3 基于模式码的簇内数据聚合算法
• 3.3.1 簇头节点选举算法
• 3.3.2 簇的形成
• 3.3.3 睡眠-激活机制
• 3.3.4 簇内数据聚合算法的具体实施过程
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于簇头成树的数据聚合算法
• 4.1 网络模型设计
• 4.2 通信模型
• 4.2.1 通信时延
• 4.2.2 消息转发机制
• 4.3 基于簇头成树的数据聚合算法具体实现
• 4.3.1 相关定义
• 4.3.2 簇的划分及簇头选取
• 4.3.3 簇头聚合树的建立
• 4.5 本章小结
• 第5章 性能仿真分析
• 5.1 仿真平台-NS2
• 5.1.1 NS2原理
• 5.1.2 NS2仿真过程
• 5.2 性能评价指标
• 5.3 仿真模型
• 5.4 基于模式码的数据聚合算法的仿真及性能分析
• 5.4.1 节点分布
• 5.4.2 网络耗能比较
• 5.4.3 节点存活个数比较
• 5.4.4 数据聚合比变化情况
• 5.5 基于簇头成树的数据聚合算法的仿真及性能分析
• 5.5.1 网络节点剩余能量
• 5.5.2 网络延迟比较
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 下一步研究方向
• 参考文献
• 致谢