WSN中基于拓扑控制的AHM-GAF算法研究

论文摘要

无线传感器网络集成了传感器、嵌入式、网络和无线通信四大技术,在军事领域和民用领域有着巨大应用潜力,受到越来越多的重视和研究。然而,其不同于传统有线网络和现有的Ad-Hoc无线网络的诸多特点,决定了无线传感器网络结构中存在许多需要解决的新问题,无线传感器网络富有动态变化性和能量有限性的特点决定了其拓扑控制的设计是其中一项重要的内容。拓扑控制的研究包括功率控制和睡眠调度机制两个方面,其中功率控制方面的有LMA、LMN、CBTC和XTC等算法；睡眠调度方面的有SPA、CCP、HEED和GAF等算法。根据具体项目的要求,为了使整个网络更加节能高效,本文选用GAF算法进行拓扑控制。在拓扑控制领域的研究中,层次型结构拓扑控制的GAF （geographic adaptive fidelity）算法得到广泛的应用。本文根据实际项目的需要,对GAF算法进行分析之后,在算法的区域划分、簇头选举、簇头功率确定和虚拟区域的重新划分四个方面进行了改进。在区域划分上用正六边形代替原来的正方形,使在同样发射功率的情况下,只需要更少的节点就可以实现网络的连通；在簇头选举上加入了节点剩余能量和在单元区域内位置的考虑,使选举出的簇头节点剩余能量较多并且靠近单元区域中心；在簇头功率的确定上结合具体应用确定适合的发射功率,得出一般情况下,簇头的发射半径在区域边长2倍至3倍之间比较合理；在区域重新划分上采用一种平移的方式实现,通过区域的重新划分,使整个网络的能量的均衡消耗,从而延长整个网络的生命期。NS-2下的仿真结果表明,本文设计的AHM-GAF算法和GAF算法相比,减小了传感器网络工作过程中节点的能量消耗；延长了传感器网络的生命期；增加了采集信息的准确性；提高了整个网络的鲁棒性。这些改进工作使得无线传感器网络的拓扑结构更加合理、更加适用于真实的网络环境。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 课题的提出
• 1.3 研究内容和论文结构
• 第二章 精确打击效能评估系统的介绍
• 2.1 系统的需求分析
• 2.2 方案可行性分析
• 2.3 系统的结构
• 2.4 无线传感器网络概述
• 2.4.1 无线传感器网络结构
• 2.4.2 无线传感器网络的研究现状
• 2.4.3 无线传感器网络的应用前景
• 2.4.4 无线传感器网络的性能评价
• 2.5 系统对无线传感器网络拓扑的要求
• 第三章 WSN中GAF算法的研究
• 3.1 WSN中的拓扑控制分析
• 3.1.1 WSN中拓扑控制简介
• 3.1.2 WSN的网络拓扑的研究现状
• 3.1.3 WSN的网络拓扑算法的综合比较
• 3.2 WSN中的拓扑控制的设计目标
• 3.3 WSN中基于拓扑控制的GAF算法
• 3.3.1 GAF算法思想
• 3.3.2 GAF算法具体描述
• 3.3.3 GAF算法的性能分析
• 3.4 现有对GAF算法的改进算法
• 3.5 本章小结
• 第四章 AHM-GAF算法的设计
• 4.1 AHM-GAF算法
• 4.1.1 算法思想
• 4.1.2 区域划分策略
• 4.1.3 簇头选举策略
• 4.1.4 相关信息格式
• 4.1.5 算法具体描述
• 4.2 区域划分的性能分析
• 4.2.1 区域划分的一般理论
• 4.2.2 正六边形区域划分策略
• 4.2.3 正六边形区域划分的特点
• 4.2.4 区域划分的管理
• 4.3 基于位置的簇头选举策略的研究
• 4.3.1 信息代表性分析
• 4.3.2 簇头选举参数的分析
• 4.4 簇头发射功率调整的研究
• 4.4.1 簇头功率的调整策略
• 4.4.2 性能分析
• 4.5 区域重新划分上的研究
• 4.5.1 重新划分策略
• 4.5.2 性能分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 仿真实验
• 5.1 网络仿真平台NS2
• 5.1.1 NS2简介
• 5.1.2 NS2的类体系结构
• 5.1.3 NS2的主要组件
• 5.2 使用NS2进行网络仿真的方法和步骤
• 5.3 仿真环境的设置
• 5.3.1 网络规模与业务模型
• 5.3.2 Mac层设置
• 5.4 仿真结果与分析
• 5.4.1 不同的网络规模下的性能比较
• 5.4.2 不同的节点布置密度下的性能比较
• 5.4.3 单元区域大小对网络性能的影响
• 5.4.4 簇头选取策略对网络生命期的影响
• 5.4.5 发射半径对网络性能的影响
• 5.4.6 区域重新划分对网络生命期的影响
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢