基于TD-SCDMA传输技术的无线传感器网络数据聚合算法

摘要

无线传感器网络(WSN:Wireless Sensor Networks)是近年来新兴的研究课题,其技术研究涵盖了众多学科领域。它是由大量传感器节点部署在监测区域中,通过无线通信方式所形成的一个自组织网络系统,能够协作地感知、采集和处理被检测对象的信息,并将该信息发送给基站或汇聚节点。无线传感器网络无所不在的应用吸引了各个领域的研究者们的兴趣,在许多方面提出了研究无线传感器网络的方法。
　　本文主要研究基于TD-SCDMA传输技术的无线传感器网络数据聚合算法。无线传感器网络是能量受限的网络,这极大的限制了它以数据为中心的具体应用,同时在采用TD-SCDMA传输时,节点的信息经过一跳通信传到Node-B,大量冗余数据的一跳远距离传输势必会迅速耗尽网络能量,而且 Node-B也无法支持大量节点同时传输数据。因此我们采用数据聚合技术,将来自不同节点的数据进行聚合处理,去除冗余数据,减少网络中传输的数据量。分簇网络是最有利于数据聚合的结构,而网络编码具有提高网络吞吐量、高效利用能量的优异性能,因此我们采用这两种技术来达到降低网络能耗,延长网络生命周期的目的。
　　本文首先介绍了经典的分簇路由协议LEACH,分析了其工作流程,主要包括簇的建立和稳定的数据传输两个阶段,并简要介绍了当前几种基于 LEACH算法的改进算法,重点介绍了提出的基于能量和距离的改进算法 LEACH-E及LEACH-ED算法,从两个方面对LEACH的分簇算法进行了改进,以达到降低节点能耗、延长网络寿命的目的。随后研究了网络编码的基本原理,详细分析了基于机会的网络编码 COPE的三种关键技术:机会侦听、机会编码和侦听邻居状态,在此基础上提出了基于网络编码的分簇数据聚合算法,利用网络编码提高网络的吞吐量,从而高效利用节点能量。

目录

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 分簇协议研究现状

1.2.2 网络编码研究现状

1.3 本文主要研究内容和组成结构

第2章 基于分簇的数据聚合算法

2.1 低能量自适应聚类协议

2.1.1 LEACH协议流程

2.1.2 LEACH协议的特点及不足

2.2 改进LEACH算法

2.2.1 DCHS协议

2.2.2 LEACH-C和LEACH-F

2.2.3 PEGASIS和TEEN

2.3 基于能量和距离的改进分簇算法

2.3.1 基于簇头能量的改进算法LEACH-E

2.3.2 基于能量和距离的改进算法LEACH-ED

2.4 本章小结

第3章 基于网络编码的分簇数据聚合算法

3.1 图论基本概念及网络流

3.2 网络编码基本原理

3.3 基于机会的网络编码

3.3.1 机会侦听

3.3.2 机会编码

3.3.3 侦听邻居节点状态

3.3.4 COPE的编码增益

3.4 基于网络编码的分簇数据聚合算法

3.5 本章小结

第4章 LEACH-E和LEACH-ED的性能仿真分析

4.1 网络模型

4.2 无线通信模型

4.2.1 一阶无线电模型

4.2.2 改进一阶无线电模型

4.3 LEACH协议的最优簇头个数

4.4 仿真结果分析

4.4.1 仿真环境及参数

4.4.2 仿真结果分析比较

4.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢