能量高效的无线传感器网络拓扑控制研究

论文摘要

无线传感器网络是由大量能量受限的传感器节点组织成的无中心结构的无线自组织多跳网络。无线传感器节点体积微小,携带的电池能量有限,研究节约能量的机制是无线传感器网络中一项非常重要的工作。拓扑控制是节能机制的一项重要研究内容,它研究如何在保证网络连通性和覆盖度的情况下,优化网络拓扑结构。介绍了无线传感器网络的基本概念和相关技术,总结了拓扑控制的主要研究方向,针对层次型拓扑控制结构作了深入的研究。阐述了层次型拓扑控制的理论基础及网络模型,对网络生命周期的定义方法进行了理论和实验讨论,研究了该方向的几种典型算法,实现了算法的仿真,并对实验数据作出了分析比较。针对目前大部分骨干网构造算法中,只采用单一权值作为骨干节点选举标准的情况,提出了一种组合权值方法,均衡了每个权值因子的影响,实验结果表明改进的权值可以优化生成的骨干网性能。最后,提出了一种基于分簇结构的骨干网构造算法。该算法在将网络划分为若干多跳簇结构的基础上,在簇内实施连通支配集构造算法优化簇内结构,形成层次型的网络拓扑结构。由于算法引入了能量较强的节点担任簇头,可以克服簇头节点过早死亡的问题,有效延长网络寿命。实验结果表明,算法在高密度的网络中,可以明显优化网络的拓扑结构,具有能量高效性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第1章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文研究工作
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络的定义
• 2.2 无线传感器网络的体系结构
• 2.2.1 网络体系结构
• 2.2.2 节点结构
• 2.2.3 通信体系结构
• 2.3 无线传感器网络的特点
• 2.3.1 特点
• 2.3.2 与现有网络的区别
• 2.4 无线传感器网络的应用
• 2.5 无线传感器网络拓扑控制
• 2.5.1 拓扑控制概述
• 2.5.2 无线传感器网络拓扑控制问题的分类
• 2.5.3 拓扑控制算法的设计目标和设计要素
• 第3章 无线传感器网络层次型拓扑控制
• 3.1 概述
• 3.2 相关基础理论及仿真测试环境
• 3.2.1 网络模型及相关定义
• 3.2.2 网络生命周期
• 3.2.3 仿真测试环境
• 3.3 层次型拓扑控制的构造算法
• 3.4 典型算法的分析与仿真
• 3.4.1 典型算法的描述
• 3.4.2 仿真结果分析
• 第4章 一种改进的骨干节点选举机制
• 4.1 概述
• 4.2 权值因子的计算方法
• 4.4.1 权值因子的计算方法
• 4.4.2 仿真结果分析
• 第5章 能量高效的虚拟骨干网构造算法（ E EV B C）
• 5.1 问题的提出
• 5.2 系统假设
• 5.3 算法模型及符号描述
• 5.4 算法分析及实现
• 5.4.1 分簇
• 5.4.2 簇头节点的功率控制
• 5.4.3 构造簇内连通支配集
• 5.5 基于E E VB C 算法的簇内路由方法
• 5.6 算法性能分析与仿真测试
• 5.6.1 算法性能分析
• 5.6.2 算法仿真测试
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 主要创新点
• 6.3 存在的问题和未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果