无线传感器网络中节能路由策略研究

【摘要】：无线传感网（Wireless Sensor Network，WSN）被广泛应用于环境的监测，利用WSN技术可以更加快捷的得到相关环境数据，通过传感器节点获取监测区域的数据来进行数据分析，从而对该区域的环境情况做出精确的判断并采取有效措施，但是传感器节点的能量非常有限，节点过早的死亡会导致网络故障，缩短网络生存周期。所以，针对WSN在现实中的应用，需重点研究均衡节点能量消耗相关技术。 本文从WSN中的节能路由策略的影响因素入手，对WSN节能路由策略进行了深入分析。在上述分析的基础上，针对目前WSN中的路由协议能耗不均匀情况，本文提出一种基于能量均衡的WSN分簇路由策略（An Energy-Balanced Clustering Routing Strategy for WirelessSensor Networks，EBCR），把节点剩余能量、能量消耗的快慢和节点与基站的距离作为选取簇头的参数，改进簇头的选择过程，使得基站附近分布更多的簇，相应的簇的面积较小，而在远离基站处产生面积更大的簇，从而实现网络能量和簇头分布的有效均衡。仿真结果表明，EBCR路由策略均衡了网络能耗分布，有效的延长了网络生存周期。 在EBCR路由策略的基础上，本文进一步考虑分布式压缩感知（Distributed CompressedSensing，DCS）在节能路由中的应用，设计了一种基于DCS的节能路由策略（An Energy-SavingRouting Strategy based On Distributed Compressed Sensing，ESRS）。ESRS利用DCS技术将WSN中簇头节点的数据信息进行压缩以减少数据传输量，经过无线传输协议将数据信息传输到基站，再通过重构算法重构出原数据序列。仿真结果表明在小规模WSN，ESRS有效的均衡网络中的能量消耗，延长了网络的生存周期，改善了WSN的网络性能。 【关键词】：无线传感网 能量均衡 路由策略 分布式压缩感知
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 课题背景8-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 WSN 的应用领域12-14
• 1.4 本文的研究目标与主要创新点14
• 1.5 论文组织14-16
• 第二章 WSN 路由协议节能分析16-26
• 2.1 WSN 节点能耗分析16-19
• 2.1.1 自由空间传播模型17-18
• 2.1.2 对数路径损耗模型18-19
• 2.2 WSN 节能路由策略分析19-22
• 2.2.1 分簇路由的优势19-20
• 2.2.2 WSN 分簇算法分类20-22
• 2.2.3 非均匀分簇22
• 2.3 WSN 路由协议22-25
• 2.3.1 分层路由协议分析22-24
• 2.3.2 WSN 路由协议设计要求24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 一种基于能量均衡的 WSN 分簇路由策略26-43
• 3.1 相关研究与问题描述26-31
• 3.2 一种基于能量均衡的 WSN 分簇路由策略31-36
• 3.2.1 网络模型和能量模型31-32
• 3.2.2 簇头数目的确定32-34
• 3.2.3 簇头的选择34-35
• 3.2.4 算法流程描述35-36
• 3.3 性能仿真分析36-41
• 3.3.1 仿真环境与参数设置36-38
• 3.3.2 仿真结果与性能分析38-41
• 3.4 本章小结41-43
• 第四章 压缩感知在节能路由中的应用43-55
• 4.1 压缩感知概述44-47
• 4.1.1 信号的稀疏表示44-45
• 4.1.2 信号的测量45-46
• 4.1.3 信号的重构算法46-47
• 4.2 分布式压缩感知及其研究现状47-51
• 4.2.1 DCS 联合稀疏模型48-49
• 4.2.2 DCS 联合重构算法49-51
• 4.3 数据融合与节能路由51-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 一种基于 DCS 的节能路由策略55-67
• 5.1 相关研究与问题描述55-58
• 5.2 一种基于 DCS 的节能路由策略58-63
• 5.2.1 网络模型和能量模型58-59
• 5.2.2 稀疏信号模型的选取59
• 5.2.3 观测矩阵的构建59-60
• 5.2.4 ESRS 实现过程60-63
• 5.3 性能仿真分析63-66
• 5.3.1 仿真环境与参数设置63
• 5.3.2 仿真结果与性能分析63-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 参考文献69-72
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文72-73
• 附录2 攻读硕士学位期间申请的专利73-74
• 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目74-75
• 致谢75

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