无线传感器网络延长网络生命周期算法的研究

摘要

无线传感器网络，是由一组数量大、成本低的传感器结点以无线通信的方式构成的无线自组织网络。目前已被广泛应用于军事通信、医疗、环境监测、农业等诸多领域，具有非常广阔的应用前景。
　　 在传感器网络中，结点一般是通过多跳传输方式将感知信息传送到基站，但是，结点采用多跳传输通常会产生能量空洞现象，即距离基站较近的结点由于数据转发任务重而过早耗尽自身的能量，导致网络无法正常工作或者网络原有覆盖区域缺失的现象。网络能耗不均衡是产生能量空洞现象的原因，能量空洞现象使得网络生命周期结束而网络中大量结点剩余了能量。另外，传感器结点的电池能量有限且无法进行充电，如果每个结点都以最大功率传输数据，结点有限的能量将被快速消耗，降低了网络生命周期。本文通过网络能耗均衡的策略来避免能量空洞，提高能量利用率；通过功率控制来优化网络拓扑结构，降低结点能量消耗，延长网络生命周期。本文主要完成了以下两个方面的工作：
　　 1)分析能量空洞现象产生的原因以及目前能耗均衡的策略。提出了一种能耗均衡的非均匀分簇算法UCEA，避免了靠近基站的簇头结点引起能量空洞的现象，使网络的能量消耗均衡，延长了网络寿命。
　　 2)分析功率控制算法对网络生命周期的影响以及功率控制算法存在的问题。提出了功率控制算法LSPT，该算法保证网络连通，并使整个网络中结点间的路径能量消耗最小化；算法还加入避免能量空洞现象的步骤，更大限度地提高能量的利用率。仿真实验表明：与LMST，CBTC，K-neigh算法相比，LSPT算法更加节省了网络能量消耗，延长了网络生命周期。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.绪论

1.1课题背景

1.2课题研究意义

1.3本文工作

1.4本文结构

2.延长无线传感器网络生命周期的解决方案

2.1无线传感器网络概述

2.2延长网络生命周期的解决方案

2.3能耗均衡策略

2.4功率控制算法

2.5小结

3.无线传感器网络能耗均衡的非均匀分簇算法

3.1相关工作

3.2非均匀分簇算法(UCEA)

3.3实验分析

3.4小结

4.一种延长网络生命周期的功率控制算法

4.1相关工作

4.2 LSPT算法

4.3 LSPT算法分析及证明

4.4拓扑结构的性质

4.5小结

5.网络性能仿真平台

5.1 NS仿真工具简介

5.2 NS-2网络仿真

5.3 NS网络性能仿真平台

5.4小结

结束语

参考文献

附录 攻读硕士期间发表的学术论文

后记