无线传感器网络节能分簇算法研究

【摘要】：无线传感器网络是由大量的具有感知、计算和无线通信能力的微型传感器节点构成的自组织网络系统,作为一种新兴的信息获取技术,它将客观物理世界与人类社会紧密联系在一起。针对无线传感器网络超大规模、节点随机分布、能量和通信能力受限、网络拓扑变化频繁等特点,采用基于分簇的层次路由协议设计,是网络其它上层应用的基础,对提高网络的服务质量具有重要意义。 本文从提高节点的能量使用效率、网络覆盖效率最大化和节点全局唯一的ID分配三个方面研究了无线传感器网络的分簇问题。论文的主要研究内容和创新点包括以下几个方面: (1)针对分簇过程中簇首耗能过快问题,在ACE算法的基础上进行分析与改进,给出了一种综合节点剩余能量和节点度数进行簇首选取的分簇算法ENCA。该算法在每轮的簇首选取中考虑了每个簇内所有节点的剩余能量和平均剩余能量,并依据节点的度数,对簇首进行优化选择。在算法运行中,保证网络连通的同时,避免了能量较低的节点当选为簇首。 (2)为改善网络运行中的覆盖性能,延长网络寿命,通过分析不同类型节点的失效对网络覆盖效率的影响,给出了一种具有提高覆盖性能的传感器网络节能分簇算法ECCA。ECCA不依赖节点的物理位置信息,优先选取高密度区域的节点担任簇首,当簇首的剩余能量低于设定阈值时实施簇首迁移,以降低节点的死亡率。进一步分析了算法复杂度和节点最优广播半径的选取。 (3)给出了一种节能的具有覆盖和ID分配意识的分布式传感器网络分簇算法DEECIC。DEECIC力求用最少的一组簇首覆盖整个网络,在网络的连接性、通信能耗和延时方面采用折衷的处理方式,并基于局部信息为每个簇内的节点分配全网唯一的ID,最后通过仿真验证了算法的可靠性。 【关键词】：无线传感器网络 分簇算法 网络寿命 覆盖 ID分配 分布式
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 无线传感器网络的研究背景和研究意义10-11
• 1.2 无线传感器网络路由协议简介11-13
• 1.2.1 平面型路由协议和层次型路由协议12-13
• 1.3 分簇算法研究概况13-16
• 1.3.1 研究现状分析13-15
• 1.3.2 分簇算法的评价标准15-16
• 1.4 论文结构安排16-18
• 第2章 一种综合能量和节点度的传感器网络分簇算法18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 模型建立18-19
• 2.2.1 网络模型18-19
• 2.2.2 能量消耗模型19
• 2.3 ENCA 算法描述19-23
• 2.4 仿真与分析23-27
• 2.4.1 簇首的分布23-25
• 2.4.2 能量效率25-26
• 2.4.3 网络寿命26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 一种具有提高覆盖性能的传感器网络节能分簇算法28-43
• 3.1 引言28
• 3.2 算法设计和分析28-34
• 3.2.1 算法描述29-32
• 3.2.2 算法分析32-34
• 3.3 实验与性能评估34-41
• 3.3.1 成簇性能35-38
• 3.3.2 能量效率38-39
• 3.3.3 覆盖性能39-41
• 3.4 本章小结41-43
• 第4章 具有覆盖和ID 分配意识的分布式传感器网络节能分簇算法43-60
• 4.1 引言43
• 4.2 网络模型与问题描述43-45
• 4.2.1 网络模型43-44
• 4.2.2 分簇问题描述44-45
• 4.3 DEECIC 算法45-52
• 4.3.1 簇的建立阶段45-47
• 4.3.2 簇首转移阶段47-52
• 4.4 仿真结果与分析52-59
• 4.4.1 端到端延迟与簇规模53-55
• 4.4.2 能量效率55-57
• 4.4.3 覆盖性能57-59
• 4.5 本章小结59-60
• 结论60-62
• 参考文献62-67
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果67-68
• 致谢68-69
• 作者简介69

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