无线传感器网络节能覆盖算法及仿真研究

【摘要】： 无线传感器网络是一种由大量的集成传感器、数据处理单元和短距离无线通讯模块的节点组成的以数据为中心的无线自组网络,其目的是协作感知、采集和处理网络覆盖区中各种环境或监测对象的信息,并发送给观察者。无线传感器网络与效用计算、塑料电子、人体仿生一起被称为全球未来四大高科技产业。 覆盖是无线传感器网络研究的一个根本问题,对于提高无线传感器网络的性能有着重要的意义。本文针对覆盖问题中的节能覆盖进行了研究,所作工作如下: 1.查阅了现有的与无线传感器网络覆盖算法相关的国内外文献资料,对其进行了分类,然后针对各类算法中的经典覆盖算法进行了研究,分析总结了它们的优缺点。 2.针对一种实际的地理环境下的生态监测问题,把拓扑控制中的功率控制的思想引入到节能覆盖的研究中,建立感知半径之和最小的数学模型,用遗传算法求解该模型,得到最优覆盖解。然后在此覆盖结构上研究了通信及信道分配的问题。最后,对算法进行能耗分析和仿真实验,结果表明该方案不仅节能,而且可以获得较高覆盖率、降低信道通讯干扰、提高网络的抗毁性。 3.针对无线传感器网络中存在的热区问题,采用非均匀部署方案,并在此基础上提出基于能量预测的无线传感器网络节点覆盖调度算法。并对算法进行了仿真实验和性能分析。仿真结果表明该算法可以延长的网络生命周期并在较长的时间里保持较高的网络覆盖率,能够达到网络内大多数节点能耗均衡的算法设计目标。 4.为了验证以上算法的能效,对网络仿真器J-Sim下的无线传感器网络仿真框架进行了研究。设计并实现了支持能耗的无线传感器网络仿真平台。并在该平台下实现了无线传感器网络的经典路由协议LEACH。仿真结果表明该仿真平台可以作为无线传感器网络研究的可信工具。 【关键词】：无线传感器网络 节能覆盖 遗传算法 能量预测 J-Sim
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-10
• 第1章 绪论10-14
• 1.1 问题提出10
• 1.2 论文主题研究现状10-11
• 1.3 论文研究意义和研究内容11-12
• 1.4 论文组织安排12-13
• 1.5 本章小结13-14
• 第2章 WSN 覆盖算法综述14-30
• 2.1 WSN 概述14-21
• 2.1.1 WSN 特点及其与传统无线自组网区别14-16
• 2.1.2 WSN 体系结构16-19
• 2.1.3 WSN 研究发展现状及应用19-21
• 2.2 WSN 覆盖算法综述21-29
• 2.2.1 覆盖算法的评价标准21-23
• 2.2.2 覆盖算法分类23-24
• 2.2.3 WSN 节能覆盖算法优缺点分析24-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第3章 基于遗传算法的WSN 节能覆盖方案30-44
• 3.1 引言30-31
• 3.2 网络模型及假设31
• 3.3 问题提出与模型建立31-32
• 3.3.1 场景描述及问题提出31-32
• 3.3.2 模型建立32
• 3.4 模型求解及信道分配方案32-37
• 3.4.1 求解算法33-36
• 3.4.2 网络连通性及信道分配算法36-37
• 3.5 算法能耗分析37-39
• 3.6 仿真验证39-43
• 3.6.1 算法仿真实现39
• 3.6.2 信道干扰验证39-40
• 3.6.3 覆盖性验证40-41
• 3.6.4 抗毁性验证41-43
• 3.7 本章小结43-44
• 第4章 基于能量预测的WSN 节点覆盖调度算法44-60
• 4.1 引言44-45
• 4.2 网络模型及假设45-46
• 4.3 节点非均匀分布的理论分析46-49
• 4.3.1 能耗分析46-47
• 4.3.2 全网能耗均衡的不可能性47
• 4.3.3 次优网络能耗均衡47-49
• 4.4 节点非均匀分布下的覆盖策略49-57
• 4.4.1 覆盖集划分算法50-52
• 4.4.2 基于能量预测的节点调度算法52-57
• 4.5 仿真验证57-59
• 4.5.1 仿真环境说明57
• 4.5.2 对比仿真验证57-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第5章 基于J-SIM 的WSN 能量模块设计与实现60-73
• 5.1 J-SIM 概述60-64
• 5.1.1 J-Sim 设计机理61-62
• 5.1.2 J-Sim 与经典仿真软件NS-2 的性能对比分析62-64
• 5.2 基于J-SIM 的WSN 能量模块设计与实现64-71
• 5.2.1 J-Sim 中现有的WSN 框架65-66
• 5.2.2 WSN 仿真框架的设计与扩展策略66-70
• 5.2.3 仿真验证70-71
• 5.3 本章小结71-73
• 总结与展望73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-81
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果81

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