无线传感器网络中变长范围传输的节能算法研究

【摘要】： 集成了传感器、嵌入式计算、网络和无线通信四大技术而形成的无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术,它是一种新型的无基础设施的无线网络,能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,并对其进行处理,传送到需要这些信息的用户。无线传感器网络是计算机科学技术的一个新的研究领域,在军事、环境监测、医疗健康、工业控制等方面有着具有十分广阔的应用前景,引起了学术界和工业界的高度重视。 本文的主要内容是对无线传感器网络的节能算法进行分析和有效性改进。无线传感器网络节点数量庞大、单个节点资源极其有限,其能量算法设计的首要目标是有效节约能源,延长网络生命周期。本文针对能量有效性设计遵循的前提目标:能量消耗平衡和总能量消耗优化,分析和比较了国内外提出的几种针对无线传感器网络的能量效率算法,并借鉴其中的优秀思想,运用变长范围传输策略(VRT)对这几种能量效率算法分别进行了改进。经Matlab平台上的仿真测试,改进的算法在保证网络高感测覆盖率基础上,不仅平衡了各个路由节点的能量消耗,而且大大降低了整个网络的总能量消耗,基本达到了能量有效性的设计目标。 本文就以下几个方面进行了创新性的研究工作: 1、通过对线性网络模型的能量消耗分析,提出了变长范围传输处理策略。 2、利用变长范围传输策略对基于数据密度能量模型的多跳传输算法进行了改进,优化了网络总能量消耗。 3、分别对无线传感器网络覆盖率和节点的睡眠概率进行了分析,得到了优化参数。 4、根据变长范围传输策略及优化参数进行路由调节,以得到所有的可行路由布设。通过比较所有可行路由布设的平衡因子得到了路由布设最优解,并设计了网络最优化路由的启发式算法,并由此进行了相关算法改进。 【关键词】：无线传感器网络 能量效率 平衡因子 VRT策略 网络覆盖
【学位授予单位】：华中师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 内容摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 无线传感器网络概述9-16
• 1.1.1 无线传感器网络体系结构9-12
• 1.1.1.1 无线传感器网络结构9-10
• 1.1.1.2 传感器节点结构10-11
• 1.1.1.3 无线传感器网络协议栈11-12
• 1.1.2 无线传感器网络的特征12-14
• 1.1.2.1 与现有无线网络的区别12
• 1.1.2.2 传感器节点的限制12-13
• 1.1.2.3 无线传感器网络的特点13-14
• 1.1.3 无线传感器网络的性能评估指标14-15
• 1.1.4 无线传感器网络的应用领域15-16
• 1.1.5 无线传感器网络研究中的共性问题16
• 1.2 课题背景及研究意义16-17
• 1.3 国内外研究现状17-20
• 1.4 研究工作介绍20-21
• 1.5 论文组织21-22
• 1.6 本章小结22-23
• 第二章 无线传感器网络能量效率分析23-33
• 2.1 基于路由传输方式调节机制的能量效率分析24-29
• 2.1.1 基于数据密度计算的能量消耗模型24
• 2.1.2 不同路由传输方式及其算法分析24-29
• 2.1.2.1 直接路由传输方式(Direct)24-25
• 2.1.2.2 多跳路由传输方式(Hop-by-hop)25-26
• 2.1.2.3 直接-多跳混合路由传输方式(D-H)26-27
• 2.1.2.4 EBT算法分析27-29
• 2.2 基于拓扑控制机制的能量效率分析29-32
• 2.2.1 基于节点密度计算的能量消耗模型29-30
• 2.2.2 基于分层路由机制的能量效率算法分析30-32
• 2.2.2.1 LEACH路由算法分析30-31
• 2.2.2.2 静态LEACH路由算法分析31-32
• 2.3 本章小结32-33
• 第三章 现有能量效率算法的局限性及改进算法33-39
• 3.1 EBT算法应用的局限性33-34
• 3.2 S-LEACH算法应用的局限性34-35
• 3.3 S-LEACH的改进算法35-38
• 3.3.1 SCHLNN算法设计35-37
• 3.3.2 HTLH算法设计37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 线性网络中变长范围传输的节能算法39-44
• 4.1 EBRA算法设计39-41
• 4.2 EBRA算法效率分析41-43
• 4.3 本章小结43-44
• 第五章 无线传感器网络中变长范围传输的节能算法44-65
• 5.1 EOTRA节能算法44-49
• 5.1.1 Hop-by-hop能量消耗计算改进45-46
• 5.1.2 基于变长路径调节的能量优化算法(EOTRA)设计46-47
• 5.1.3 EOTRA启发式算法47-48
• 5.1.4 EOTRA策略的能量效率分析48-49
• 5.2 带有最优平衡因子的节能算法49-64
• 5.2.1 传感器节点的感测覆盖分析49-52
• 5.2.2 传感器节点睡眠概率分析52-54
• 5.2.3 带有最优平衡因子的VRT策略设计思想54-55
• 5.2.4 带有最优平衡因子的VRT策略启发式算法55
• 5.2.5 EBT改进算法55-59
• 5.2.5.1 EBT能量消耗计算改进55-57
• 5.2.5.2 EEOBF-1算法的能量效率分析57-59
• 5.2.6 HTLH改进算法59-64
• 5.2.6.1 簇头无线通信范围内的平均睡眠概率分析59-62
• 5.2.6.2 分层机制下的能量消耗分析62-63
• 5.2.6.3 EEOBF-2算法的能量效率分析63-64
• 5.3 本章小结64-65
• 第六章 总结与展望65-66
• 参考文献66-70
• 在校期间发表的论文、参加科研项目70-71
• 致谢71

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