无线传感器网络中跨层节能算法研究

【摘要】： 无线传感器网络作为传感器技术、微电子技术和无线通信技术相结合的产物,成为计算机科学领域一个活跃的研究分支,在军事和民用中开始得到广泛的应用。无线传感器网络由大量低成本、低能耗、体积小且具有一定计算能力和组网能力的传感器节点组成。传感器节点一般依靠电池供电,其能量有限并且由于工作环境等因素的限制难以更换,因此,如何高效节约能量来最大化网络生命周期是无线传感器网络设计的首要问题。 目前的节能算法大都基于分层网络模型,在某一层单独设计节能算法,忽略了不同层之间的协同工作的重要性,导致其节能算法执行效率低下和资源浪费严重。无线传感器网络是一种面向应用的网络,试图设计通用的无线传感器网络通信协议是不太合适的。本文研究和实现了基于跨层调度的数据融合算法,基于跨层节能思路,在原有分层模型的基础上将MAC层和网络层协议进行统一整体设计,使得每一层都可以利用其它层的信息,能够取得更好的节能效果。 基于跨层调度的数据融合算法根据建立的路由树,制定无碰撞的数据发送调度方案,为每一个数据链路分配合理的时间片,从而为每一个传感器节点设置合理的等待时间,避免了同级的兄弟传感器节点由于等待时间相同而发生碰撞,提高了多级数据融合的效率。通过在仿真平台OMNET++上进行仿真实验,将提出的跨层节能算法与S-MAC进行了性能比较,仿真结果表明本文提出的跨层节能算法具有节能效果明显、延迟小并且吞吐量大的优点。 【关键词】：无线传感器网络 跨层节能算法 数据融合 生命周期
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-14
• 1.1 项目来源11
• 1.2 研究课题的目的与意义11-12
• 1.3 研究内容12-13
• 1.4 本文主要工作13
• 1.5 论文结构13-14
• 第2章 无线传感器网络的节能和数据融合算法14-30
• 2.1 无线传感器网络14-20
• 2.1.1 无线传感器网络的体系结构14-15
• 2.1.2 无线传感器网络的特点和挑战15-17
• 2.1.3 无线传感器网络的性能评价指标17-18
• 2.1.4 无线传感器网络的关键技术18-20
• 2.2 无线传感器网络的节能算法20-26
• 2.2.1 路由协议20-23
• 2.2.2 MAC 协议23-25
• 2.2.3 跨层节能算法25-26
• 2.3 数据融合26-29
• 2.3.1 数据融合的分类26-28
• 2.3.2 数据融合与路由方式28
• 2.3.3 数据融合树的构造28-29
• 2.4 小结29-30
• 第3章 基于跨层调度的数据融合算法研究30-43
• 3.1 无线传感器网络的跨层节能算法30-34
• 3.1.1 无线传感器网络的分层模型30-32
• 3.1.2 能耗分析32
• 3.1.3 采用跨层节能算法的必要性和合理性32-33
• 3.1.4 跨层节能算法需要考虑的因素33-34
• 3.2 多级融合同步协议及其存在的问题34-36
• 3.3 网络系统模型及相关定义36-37
• 3.3.1 网络系统模型36-37
• 3.3.2 相关的定义37
• 3.4 基于跨层调度的数据融合算法37-38
• 3.5 基于跨层调度的数据融合算法实现38-41
• 3.5.1 建立和重配置阶段38-41
• 3.5.2 平稳调度阶段41
• 3.6 小结41-43
• 第4章 仿真实验与性能分析43-51
• 4.1 OMNET++的仿真原理43-45
• 4.1.1 OMNET++简介43
• 4.1.2 OMNET++的基本组件43-45
• 4.1.3 OMNET++仿真的建立和运行45
• 4.2 OMNET++环境下的无线传感器网络仿真45-47
• 4.2.1 建立拓扑结构45-46
• 4.2.2 定义节点模块46-47
• 4.3 仿真结果和性能分析47-49
• 4.3.1 仿真场景47-48
• 4.3.2 性能评价指标48
• 4.3.3 仿真结果与性能分析48-49
• 4.4 小结49-51
• 结论51-53
• 1.本文工作总结51
• 2.下一步工作展望51-53
• 参考文献53-57
• 致谢57-58
• 附录 A (攻读硕士期间发表论文)58

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