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基于动态汇聚节点的无线传感器网络能量均衡策略研究

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第一章 绪 论

1.1论文的研究背景及意义

1.1.1研究背景

1.1.2研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3本文主要工作及结构安排

1.3.1主要工作

1.3.2结构安排

第二章 无线传感器网络及其技术概述

2.1无线传感器网络概述

2.1.1无线传感器网络体系结构

2.1.2节点结构

2.2节点能量问题研究

2.2.1节点能量消耗模型

2.2.2能量不均衡问题分析

2.3移动无线传感器网络技术

2.3.1移动无线传感器网络体系

2.3.2移动汇聚节点移动规划技术

2.4无线传感器网络中的数据收集算法

2.4.1静态数据收集算法

2.4.2动态数据收集算法

2.5本章小结

第三章 非均匀分簇数据收集算法

3.1网络模型

3.2算法设计

3.2.1基本思想

3.2.2簇首数求解

3.2.3簇群建立

3.2.4稳定的数据传输阶段

3.3算法整体流程

3.4仿真结果及分析

3.4.1主要仿真参数与性能指标

3.4.2汇聚节点位置不同时算法性能分析

3.4.3不同算法的性能对比

3.5本章小结

第四章 基于带邻域局部搜索的汇聚节点线路规划

4.1系统模型

4.1.1网络模型

4.1.2数学模型

4.2问题模型

4.2.1问题描述

4.2.2问题建模

4.3带邻域的局部搜索算法

4.3.1访问顺序初始化

4.3.2可变局部搜索

4.3.3邻域范围内路径修正

4.4仿真结果及分析

4.4.1仿真环境及参数设置

4.4.2不同节点数目下的性能分析

4.4.3不同通信范围下的性能分析

4.5本章小结

第五章 基于移动汇聚节点的数据收集算法

5.1问题描述

5.2网络模型

5.3 MSCH算法描述

5.3.1簇的组建过程

5.3.2驻留点位置确定

5.3.3数据传输过程

5.3.4簇首节点轮换评估

5.4算法流程

5.5仿真结果及分析

5.5.1主要仿真参数和性能指标

5.5.2不同仿真环境下网络的生命周期分析

5.5.3不同算法的性能对比

5.6本章小结

第六章 总结与展望

6.1研究总结

6.2后期研究与展望

致谢

参考文献

个人简历及攻读硕士期间的研究成果

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摘要

无线传感器网络是一种信息数据获取、处理以及传输的端到端管道技术。现在,人们对数字化信息的需求日益增长,这种更加便捷的信息获取技术受到越来越多的关注。无线传感器网络应用广泛但网络中的传感器节点能量有限并且不能补充能量,它的网络节点能量资源非常的宝贵,所以网络的寿命成为衡量无线传感器网络相关算法性能的重要的指标之一。越靠近汇聚节点的感知节点能量消耗就会越快,可能导致网络中其他的感知节点无法通过这些节点进行数据传输中继而最终无法与汇聚节点取得联系而造成数据收集不全。因此,本文不再仅仅关注单个节点的能耗情况,更加关注整个网络的能耗,关注整体的能量均衡,提高有效工作时间。本文的研究工作主要有以下几个方面: 本文分析了无线传感器网络能量消耗模型,并在此基础上改进了一种非均匀分簇数据收集算法。根据网络的规模,通过分析簇首节点和局部网络的能量消耗确定簇首节点数量,在簇首节点选择时综合考虑簇首节点与汇聚节点的距离以及自身的能量值,在数据传输阶段确定有效的路由选择代价函数。仿真表明,对比其他算法,改进后的算法对抑制全网的能耗起到了积极作用。 本文针对传感器节点的无线通信特性改进了一种带邻域局部搜索的汇聚节点线路规划算法。该算法将问题划分为两部分:第一部分,通过局部搜索技术来规划出汇聚节点对感知节点的访问顺序;第二部分,根据无线信号所覆盖范围对初始顺序进行邻域修正。仿真结果表明,引入邻域修正后的算法能够有效降低移动路线长度,并且网络节点增多后性能优势更加显著,可有效地应用于较大规模的无线传感器网络。 上面提到的非均匀分簇数据收集算法虽能在一定程度上达到均衡网络能量的目的,但仍存在“热点”现象。于是,在此基础上设计了一种基于汇聚节点移动的数据收集算法。簇内采用多跳数据传输,汇聚节点周期性地移动收集由簇首节点保存的该簇内所有节点的数据信息。仿真表明,与其他算法相比,该算法可以极大程度地减少节点能耗,显著提高网络工作时间,在能量均衡方面有重要的意义。

著录项

  • 作者

    鲁瑶;

  • 作者单位

    电子科技大学;

  • 授予单位 电子科技大学;
  • 学科 电子与通信工程
  • 授予学位 硕士
  • 导师姓名 袁正希;
  • 年度 2019
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类
  • 关键词

    动态; 汇聚节点; 无线传感器; 网络能量均衡;

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