基于协作传输的WSN能耗均衡分簇算法研究

论文摘要

无线传感器网络是指将大量的传感器节点部署在监测区域，通过自组网的方式构成的一种“自治监控系统”，是二十一世纪最具影响力的新技术之一。传感器技术、微电子技术、分布式计算技术和无线通信技术的高速发展，为无线传感器网络的实用化奠定了坚实的理论基础。近年来，无线传感器网络也逐步应用于军用、民用以及工业等领域，但是由于网络自身的特点，能量问题成为网络进一步发展的瓶颈。研究表明，当网络中第一个死亡节点出现时，网络中的剩余能量可高达90%。因此，解决能耗均衡问题，尽可能延长网络寿命成为无线传感器网络的研究热点。论文针对无线传感器网络中的能耗不均问题展开研究，在分簇算法的簇间通信阶段加入协作传输技术，利用协作传输技术对抗多径衰落的特性，解决网络中节点能量消耗不均现象。论文的研究工作主要包括以下几个方面：①论文首先对本课题在学术上的研究价值和国内外目前的研究现状进行了分析和比较，然后对无线传感器网络和协作传输的基本概念等进行了介绍。②利用协作传输能够对抗多径衰落的特性，对协作传输技术在无线传器网络中对节点发射距离、发射功率以及能量消耗的影响进行了研究。③在采用LEACH分簇算法的无线传感器网络中增加协作传输技术，改善LEACH无线传感器网络中由距离不同带来的能耗不均问题，从而延长网络寿命。④针对LEACH分簇中簇首节点分布不均匀的问题，结合协作传输技术，对基于协作传输的大范围多跳WSN能耗均衡分簇算法（EBBMCC_LS）进行了研究。该算法中节点不再主动竞争簇首，而是采用被动方式，根据已知簇首节点的位置，确定邻居簇首，依此类推，直至分簇覆盖整个网络区域。最后通过簇内最小通信代价和节点剩余能量确定最优簇首。该方法产生的簇首均匀地分布在整个网络中。在簇间通信阶段，结合多跳和协作传输技术，将信息传递到SINK节点，从而保证远距离通信过程中网络能耗均衡。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 国内外研究现状及文献综述
• 1.4 研究内容与论文安排
• 2 无线传感器网络及协同 MIMO 技术概述
• 2.1 无线传感器网络概述
• 2.1.1 无线传感器网络节点模型
• 2.1.2 无线传感器网络能耗问题
• 2.1.3 无线传感器网络分簇算法
• 2.2 协同 MIMO 技术
• 2.2.1 协同 MIMO 技术概述
• 2.2.2 协作分集技术
• 2.2.3 多用户协同通信
• 2.3 协作 MIMO 技术在无线传感器网络中的应用
• 2.4 本章小结
• 3 基于协作传输的 LEACH 无线传感器网络能耗均衡
• 3.1 LEACH 分簇协议
• 3.1.1 LEACH 协议
• 3.1.2 LEACH 协议能耗分析
• 3.1.3 LEACH 协议的优缺点
• 3.1.4 LEACH 协议的改进
• 3.2 协作传输对无线传感器网络节点性能的影响
• 3.2.1 分集增益
• 3.2.2 协作传输对节点发送距离的影响
• 3.2.3 协作传输对节点发射功率的影响
• 3.2.4 协作传输对节点能耗的影响
• 3.3 LEACH 协议下的协作传输策略
• 3.3.1 协作节点数目
• 3.3.2 协作节点选择
• 3.3.3 LEACH 协议下得协作传输策略
• 3.3.4 仿真结果与分析
• 3.4 本章小结
• 4 基于协作传输的大范围 WSN 能耗均衡分簇算法
• 4.1 问题描述
• LS 分簇算法描述'>4.2 EBBMCC_LS 分簇算法描述
• 4.2.1 簇的构成
• 4.2.2 基于协作传输的簇间通信策略
• 4.3 仿真分析
• 4.3.1 仿真设置
• 4.3.2 簇的分布情况
• 4.3.3 能耗均衡分析
• 4.3.4 网络寿命分析
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：攻读硕士学位论文期间发表的学术论文和参加的科研