无线传感器网络中能量平衡传输策略的研究

摘要

随着芯片技术、通信技术和传感技术的飞速发展，目前传感技术正迈入无线传感器网络新时代。这种网络由大量集成有传感器、数据处理单元和无线通信模块的微小节点组成，通过自组织方式构成网络，借助于节点中内置形式多样的传感器，可以将所在周边环境信号，通过网络方式及时有效地传输到信息接收端，极大提高了传感器监测面积和性能，提高了监测网络可靠性和生存性，可以被广泛地应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域。 在无线传感器网络中，传感器节点都是能量有限的，而且分布后通常电池的能量是不可更新的。在设计无线传感器网络时是一个主要的目标就是节省能量达到最大化网络寿命。然而，有些节点因为过度的消耗能量而死亡，从而导致网络的寿命比较短，因而能量消耗的不平衡是无线传感器网络中的一个重要问题。分簇被认为是延长网络寿命的最有效的方法之一。为了达到更好的能量消耗平衡，簇头选择算法必须频繁地执行，而这又额外的增加了处理和通信的开销。 本文的研究工作和创新点主要体现在以下两个方面： (1)通过对两种传统的传输策略的能量消耗的不平衡进行分析，提出能量平衡的传输策略，即混合传输策略和多跳变长传输策略。本文主要研究混合传输策略，并且对混合传输策略的平衡性进行了改进。仿真结果表明，该方法极大的平衡了整个网络的能量消耗，延长了网络寿命。 (2)研究基于簇的无线传感器网络，然后提出了基于簇的无线传感器网络的能量平衡传输策略。仿真结果表明，采用能量平衡的传输策略时，网络寿命是采用直接传输策略的寿命的接近1.5倍，是采用多跳传输策略的寿命的接近6.5倍。 考虑把网络划分成一个个的Voronoi单元。对于某一个Voronoi单元，为了延长网络寿命，提出一种能量平衡的传输策略，即通过调节节点多跳传输和直接传输的比例达到能量消耗的平衡，以达到延长网络寿命的目的。这种传输策略使得簇内的能量消耗比较平衡，避免了因簇头的重选带来的处理和通信开销。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题背景与课题意义

1.1.1无线传感器网络介绍

1.1.2研究课题意义

1.2本文的主要工作及组织结构

第二章无线传感器网络基础理论

2.1无线传感器网络模型及应用

2.1.1无线传感器网络模型

2.1.2典型应用

2.2无线传感器网络的研究挑战

2.3无线传感器网络节能算法

2.3.1能量有效

2.3.2能量平衡

2.4其它相关热点研究

2.4.1 MAC协议

2.4.2路由协议

2.5本章小结

第三章无线传感器网络中能量平衡传输策略的研究

3.1两种传统传输策略的比较和能量分析

3.1.1网络拓扑结构

3.1.2能量分析

3.2能量平衡的传输策略

3.2.1混合传输策略

3.2.2多跳变长传输策略

3.3混合传输策略的平衡性的改进

3.4本章小结

第四章基于簇的能量平衡传输策略

4.1系统模型

4.1.1能量模型

4.1.2节点分布模型

4.2能量平衡的传输策略

4.3仿真及分析

4.4本章小结

第五章总结与展望

5.1本文工作总结

5.2未来的研究工作

参考文献

在校期间发表的论文、参加科研项目

致谢