基于分簇集的有效传感器网络拓扑控制算法

论文摘要

由传感器、微机电系统和网络三大技术融合而形成的无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术。而无线传感器网络是计算机科学和技术的一个新的研究领域,由于其广阔的应用前景,近年来受到了越来越多的关注,并产生了各种面向具体应用的无线传感器网络的协议和算法。无线传感器网络由许多具有低功率无线收发装置的传感器节点组成,能够有效地从不同环境监测和收集周边环境信息,并传送到远处的基站进行处理。网络依赖电池供电,电池能量有限,因此如何延长网络的生命周期成为无线传感器网络中的首要问题。论文首先对无线传感器网络进行简单地介绍,接着对无线传感器网络的拓扑控制协议进行了综述,在深入分析基于簇的分布式随机性簇头选择拓扑控制算法的基础上,提出了一种新的基于分簇集的能量有效的拓扑控制算法,该算法在簇头的选择过程中考虑了节点剩余能量,同时对最优簇数的确定进行了改进。本文根据结构化设计的原则,用MATLAB软件对该算法进行了仿真和实现,对改进的簇头选择算法进行了分析,通过新算法与随机性簇头选择拓扑控制算法的对比研究发现,使用改进的簇头选择拓扑控制算法大大节省了簇内的能量消耗,从而也提高了网络的寿命。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文研究内容和组织结构
• 第2章 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络简介
• 2.2 无线传感器网络的体系结构
• 2.3 无线传感器网络的关键技术
• 2.3.1 网络通信协议
• 2.3.2 核心支撑技术
• 2.3.3 自组织管理
• 2.3.4 开发与应用
• 2.4 无线传感器网络节点的限制
• 2.4.1 电池能量有限
• 2.4.2 通信能力有限
• 2.4.3 计算和存储能力有限
• 2.5 无线传感器网络的应用
• 2.6 无线传感器网络面临的挑战
• 2.7 本章小结
• 第3章 无线传感器网络的拓扑控制研究
• 3.1 拓扑控制的设计目标
• 3.2 拓扑管理技术的阶段
• 3.3 基于功率控制的拓扑控制算法
• 3.3.1 基于节点度的算法
• 3.3.2 基于邻近图的DRNG和DLMST算法
• 3.4 层次型拓扑控制算法
• 3.4.1 TopDisc算法
• 3.4.2 GAF算法及其改进算法
• 3.5 LEACH算法
• 3.5.1 LEACH算法概述
• 3.5.2 LEACH算法的现有改进
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于分簇集拓扑控制算法的设计思想
• 4.1 基于分簇集拓扑控制算法的总体结构
• 4.1.1 基于分簇集拓扑控制算法的物理基础和能量模型
• 4.1.2 基于分簇集拓扑控制算法的簇头选举方法
• 4.1.3 节点间通信
• 4.2 基于分簇集拓扑控制算法的能耗分析
• 4.2.1 簇头选举阶段的能量消耗
• 4.2.2 数据传输阶段的能量消耗
• 4.3 最优主簇头数的选择
• 4.4 轮流成为簇头的时间估计
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于分簇集拓扑控制算法的实现与分析
• 5.1 仿真环境
• 5.1.1 搭建仿真环境
• 5.1.2 信道参数的设置
• 5.1.3 最优簇数的选择
• 5.2 仿真结果与分析
• 5.3 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