基于UAV动态特性限制的WSN分簇路由方法研究

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上世纪90年代以来，无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)作为新兴领域不断发展，并随着电子器件的集成化，无线传感器的性能也有了很大的提高。总体来说，传感器节点能够感知外界环境，同时具有无线通信和运算等功能，具有体积小，能量有限，价格低廉等特点。
　　目前越来越多的研究和应用使用无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)作为移动基站对WSN进行信息采集，这是因为UAV飞行时受地形的限制较小，同时可以执行危险性高的任务，更适用于情况复杂、环境危险的WSN应用中。UAV-WSN因为具有抗毁性强、安全易布设、成本低廉等特点，应用前景广泛。因此目前对UAV-WSN系统信息采集方面的研究主要集中在研究如何实现快速、高效、可靠通信的通信协议和使UAV飞行路径最短的路径规划问题。这些研究中也指出分簇路由在传感器网络的可扩展性和鲁棒性方面有很大优势，然而现有研究都是在理论研究层面，并没有考虑到UAV动态特性限制和信息采集特点对UAV航程和WSN路由的影响，因此存在簇头选举不能满足UAV飞行的动态特性限制的问题，容易导致在采集数据时UAV飞行路程过长、信息采集不完全等问题，同时也增加了采集难度。
　　为了解决以上问题，本文设计提出了一种基于UAV动态特性限制的WSN分簇路由方法CR(WSN Clustering Routing Method Based on UAV Kinetic Constraints)。该方法根据UAV采集时停留在簇头节点通信范围时间短的特点，控制了成簇的大小，并能够根据UAV飞行特性调整簇头的选择，使得新的簇头形成的路径能够符合UAV动态特性限制，减少UAV在信息采集过程中因为目标节点在当前位置不可达区域而造成的绕行情况，使得UAV在有限的飞行能源的限制条件下能够顺利完成任务飞回终点。同时，达到均衡网络能量消耗，延长网络生存时间的目标。
　　为了验证本文提出的基于UAV动态特性限制的分簇路由方法CR的性能表现，本文使用仿真工具对其在不同的参数条件下进行仿真分析，并与经典的分簇算法LEACH进行比较。其结果表明本文提出的基于UAV动态特性限制的分簇路由方法能够生成更符合UAV动态特性的簇头，使得UAV的航程减少到阈值以下，以保证任务的完成，同时与LEACH相比信息采集率提高42％，且与节点间能量差异减少了总能量的10%以上，达到了更高的网络能量消耗一致性，延长了网络生存时间。

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作者
张珊珊;
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作者单位

哈尔滨工业大学;

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授予单位哈尔滨工业大学;
学科计算机科学与技术
授予学位硕士
导师姓名王玲;
年度 2015
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类基础理论;
关键词
无线传感器网络; 动态特性限制; 分簇路由; 网络生存时间; 信息采集; 无人机;

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