传感器网络中基于功率控制的拓扑控制算法研究

论文摘要

无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织网络系统。传感器网络具有十分广阔的应用前景,可广泛应用于军事、环境、医疗、家庭和其它商用领域。拓扑控制是无线传感器网络研究中的核心问题之一。拓扑控制对于延长网络的生存时间、减小通信干扰、提高MAC协议和路由协议的效率等具有重要的意义。本文全面阐述了拓扑控制研究的问题和设计目标,并对拓扑控制当前的两个主流研究方向:功率控制和睡眠调度,进行了详细的介绍。在功率控制的算法中,SMECN算法具有代表性。SMECN算法的目的是在保证网络连通的基础上,减小节点的发射功率,使其控制后的拓扑具有最小能量特性。但是SMECN算法存在以下两大问题:（1）假设过于理想化,没有考虑实际应用中的诸多困难。（2）由于节点的不封闭直接传输区域,导致节点能量浪费。针对上述问题,本文利用文献[50]中的无k边多余概念,对SMECN算法进行了改进,提出了一种新的无线传感器网络拓扑控制算法-MPTC。MPTC算法不仅可适用于三维空间,还解决了SMECN算法中存在的问题。最后,通过仿真分析,验证了MPTC拓扑控制算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络研究背景
• 1.2 无线传感器拓扑控制国内外研究现状
• 1.3 本文研究工作
• 1.4 文章结构安排
• 第二章 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络体系结构
• 2.2 无线传感器网络的特点
• 2.3 无线传感器网络的应用
• 2.4 无线传感器网络关键技术
• 2.4.1 网络拓扑控制
• 2.4.2 路由协议
• 2.4.3 MAC 协议
• 2.4.4 定位技术
• 2.4.5 数据融合
• 2.5 本章小节
• 第三章 无线传感器网络的拓扑控制
• 3.1 拓扑控制的设计目标
• 3.2 拓扑控制的研究方向
• 3.2.1 功率控制
• 3.2.2 睡眠调度
• 3.3 本章小节
• 第四章 SMECN 算法的分析
• 4.1 网络模型
• 4.2 SMECN 中的基本概念
• 4.2.1 k 边多余的边
• u→v'>4.2.2 转接区域R_u→v
• F（u, p）'>4.2.3 无2 边多余的直接传输区域R_{F（u, p）}
• 4.3 SMECN 算法
• 4.4 SMECN 算法中存在的问题
• 4.6 本章小结
• 第五章 MPTC 算法
• 5.1 MPTC 算法实现步骤
• 5.1.1 信息收集阶段
• 5.1.2 拓扑控制阶段
• 5.2 MPTC 算法分析
• 5.2.1 连通性和最小能量特性
• 5.2.2 解决不封闭区域问题
• 5.3 MPTC 的拓扑维护算法
• 5.4 本章小结
• 第六章 仿真试验与分析
• 6.1 仿真工具N52
• 6.1.1 N52 的基本原理
• 6.1.2 N52 对无线网络的支持
• 6.2 二维平面仿真
• 6.2.1 仿真场景及参数设置
• 6.2.2 网络拓扑结构的性质
• 6.2.3 网络性能仿真
• 6.3 三维空间仿真
• 6.3.1 仿真场景及参数设置
• 6.3.2 仿真结果分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结束语
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 下一步工作
• 致谢
• 攻硕期间从事的科研工作及取得的研究成果
• 参考文献