无线传感器网络中基于数据相关的通信节点选择算法研究

论文摘要

无线传感器网络涉及传感器、嵌入式计算、分布式信息处理和无线通信等多个学科。由于其具有自组织性、微型性、低成本以及灵活性等特点,在军事、环境科学、医疗健康、空间探索和商业应用等领域有着非常广泛的应用前景。为了达到网络的覆盖范围以及一些应用需求,无线传感器网络中的传感器节点往往密集分布在待观测区域内,从而邻近多个节点的感知区域互相重叠,导致它们的观测值具有空间相关性。无线传感器网络是以数据为中心的网络,接收端所关注的并不是每个传感器节点的观测值,而是希望得到传感区域内的事件信息。利用传感器网络数据中存在的空间相关性,本文考虑从有数据待发送节点中选取部分节点发送它们的观测值,从而达到减少能量消耗以及网络时延的目的。在不影响接收端对事件信息估计精度的情况下选取哪些节点,以及怎样实现这种选择算法是本文研究的主要内容。本文首先分析了无线传感器网络中相关性产生的原因,给出相关系数的数学表达。然后在失真性能分析的基础上,提出了通信节点选择的SOCN(select one closenode)算法。仿真结果证明SOCN算法能获得比较小的系统失真。最后利用SOCN算法设计相应的MAC层协议,即SOCN协议。分析及仿真证明SOCN协议相对于传统的基于竞争的MAC协议能节省大量能量,减小系统时延。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络结构
• 1.2 传感器节点
• 1.2.1 节点结构
• 1.2.2 节点的限制
• 1.3 无线传感器网络的特征
• 1.4 无线传感器网络研究现状
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第二章 MAC层协议介绍
• 2.1 概述
• 2.2 IEEE802.11MAC层协议
• 2.3 SMAC协议
• 第三章 空间相关性
• 3.1 空间数据的提取原则
• 3.1.1 空间数据的特性
• 3.1.2 接收端对感知数据的需求
• 3.2 空间相关性的数学模型
• 3.2.1 空间过程的类型
• 3.2.2 空间相关数学表示
• 第四章 通信节点选择SOCN算法
• 4.1 通信模型
• 4.2 信源分析
• 4.2.1 传感区域数据源分析
• 4.2.2 根据相关性分析数据源
• 4.3 根据可靠性能提出SOCN算法
• 4.3.1 系统可靠性分析
• 4.3.2 选择通信节点的SOCN算法
• 4.4 失真性能仿真
• 第五章 基于竞争的SOCN协议
• 5.1 MAC层协议设计考虑因素
• 5.2 基于SOCN的MAC层协议设计方案
• 5.2.1 协议的基本描述
• 5.2.2 SOCN协议的主要机制
• 5.2.3 协议时延分析及仿真比较
• 5.2.4 协议能量分析及仿真比较
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 在校期间发表论文
• 致谢