无线传感器网络的节能与可靠性研究

论文摘要

近年来,无线传感器网络因为在军事,环境监测,农业,家庭智能化等诸多方面的广阔应用前景使其研究受到越来越多人的关注。在很多应用环境中,特别是军事,环境监测,医学监测等领域,对可靠性的要求非常高。但由于传感器网络具有节能和使用环境常常很恶劣的特点,使网络很容易出现传感器节点失效和通信链路不可用的情况,同时恶意攻击也会导致节点和链路的失效。这些因素都将严重影响传感器网络的可靠性。可靠性问题已经成为无线传感器网络的一个研究热点。目前,对可靠性的研究主要通过分析通信节点和链路不能正常工作引起的网络的性能变化来实现的。本文针对这两种情况对传感器网络的可靠性问题进行研究。同时考虑到在传感器网络中传感器节点能量的不可更换和有限性,本文同时也把节能做为了研究的重点之一。无线传感器网络中,由于分簇网络具有降低节点能量消耗,提供灵活、可靠的通信,并提高网络的可扩展性等诸多优点,我们选择分簇无线传感器网络作为我们的研究基础。所谓分簇网络是指采用分布式方式控制网络,通常网络被划分为若干个簇,簇由簇头节点和成员节点组成。本文首先叙述了一些无线传感器分簇网络算法,节能和可靠性问题的一些基本概念,并对目前提出的典型分簇算法进行了叙述并比较优缺点。然后以无线传感器分簇网络为基础,对传感器节点在网络运行过程中的节点能量消耗和传递信息能量消耗进行了分析,提出两种节能、可靠的算法:EETRC和EERRC算法。理论分析和仿真结果表明与现有的算法相比,这两种算法不仅有效提高网络的生存时间,还分别从拓扑可靠和路由可靠两个方面提高了网络的可靠性。EETRC算法通过设置簇头辅助节点有效解决了簇头损坏给网络带来的负面影响,平衡了簇头的能量负载,增加了网络的可靠性。考虑到传感器节点的能量有限,我们在簇头、簇头辅助节点和基站之间采用了一种新的优化信息传输模式。这种模式避免了传统传感器网络中长距离通信带来的能量过度耗损问题,有效的延长了整个网络的生命周期。仿真结果表明,EETRC在节能和提高网络拓扑可靠性方面改善了网络的性能。理论分析发现簇网络中簇头的能量消耗主要集中在长距离数据传输,EERRC算法在网络中根据节点的地理位置选出部分节点,然后用这些节点建立一个固定、拓扑良好的数据传输网络,因此距离基站远的簇头可通过数据传输网络传输信息至基站,避免了簇头的长距离传输,且数据传输网络便于实现可靠的多路径路由,从而提高网络的可靠性和节能性能。仿真结果表明EERRC在理想通信环境下,节约了网络能量,延长了网络的生存时间。在通信环境不理想的情况下,保证网络可靠性的同时,也能保证不错的网络生存时间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络（WSN）网络概述
• 1.1.1 无线传感器网络技术的出现和发展
• 1.1.2 无线传感器网络的组成
• 1.1.3 无线传感器网络的协议框架
• 1.1.4 无线传感器网络与Adhoc 网络的区别
• 1.1.5 无线传感器网络的特点
• 1.1.6 无线传感器网络的研究现状
• 1.2 本文主要贡献和内容安排
• 第二章 无线传感器网络的节能和可靠性问题
• 2.1 无线传感器网络的节能问题
• 2.2 无线传感器网络的可靠性问题
• 2.3 无线传感器网络的可靠性研究
• 2.4 小结
• 第三章 无线传感器分簇网络
• 3.1 无线传感器网络的拓扑结构
• 3.2 无线传感器网络的分簇算法
• 3.3 小结
• 第四章 一种节能、提高拓扑可靠性的无线传感器网络算法
• 4.1 问题分析
• 4.2 算法设计
• 4.3 仿真结果
• 4.4 小结
• 第五章 一种节能、提高路由可靠性的无线传感器网络算法
• 5.1 问题分析
• 5.2 算法设计
• 5.3 仿真结果
• 5.4 小结
• 第六章 仿真模型及仿真过程
• 6.1 仿真模型
• 6.2 测试环境
• 6.3 无线传输能量消耗模型 REDM （Radlo Energy Dissipation Model）
• 6.4 算法主要数据结构和流程图
• 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 本文作者在攻读硕士期间取得的研究成果
• 攻读硕士期间参加的科研项目
• 个人简历