无线传感器网络移动sink路径规划与网络修复问题研究与实现

摘要

无线传感器网络中，传感器节点能量有限且充电非常困难。因此，能量因素是无线传感器网络设计时需要考虑的关键问题之一。节点多跳的数据传输方式，容易产生网络的热点区域，不利于网络能量均衡。采用移动sink节点进行数据收集能有效改善网络的能量均衡，因此成为近年来的研究热点。在恶劣环境下，无线传感器网络经常会遭遇火灾、冰雹等恶劣天气的破坏，而分裂成多个彼此分离的网络片区域甚至造成整个网络瘫痪，因此网络修复显得非常重要。
　　为了均衡网络能量，本文提出了一种新的sink节点路径规划策略。该策略在确立sink节点停留位置时，考虑了分簇网络中簇头的剩余能量和簇头间的距离因素，以均衡簇头间的发射能耗。同时，为了减少sink节点的移动距离，本文提出利用蚁群算法对sink节点的路径进行优化。MATLAB仿真结果显示，本文提出的策略能有效改善网络的能量均衡，延长网络生命周期，可以提高sink节点的数据收集效率。
　　针对多个孤立网络片区域的链接修复问题，本文提出了一种改进的网络修复策略。该策略中，每个网络片区域中选择多个边缘节点作为本网络片区域的接入点，链路修复过程中选择在两个片区域中距离最小的两个接入节点间引入转发节点建立通信链路，以减少引入的转发节点数目。同时，为了降低修复过程实现的复杂度，该策略中每个网络片区域选择一个转发节点作为主转发节点，以进行网络片区域间的信息交互，然后利用最小生成树算法确立转发节点的位置和数目。MATLAB仿真结果显示，该策略能有效减少网络修复过程中所采用的转发节点数目，极大的降低了算法实现的计算时间。

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专用术语注释表

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 课题的研究内容

1.3 论文的章节安排

第二章 文献综述

2.1 sink节点移动策略的研究进展

2.1.1 sink沿预先设定轨迹移动策略

2.1.2 sink沿自主确立轨迹移动策略

2.1.3 sink移动策略的小结

2.2 节点失效检测策略的研究进展

2.2.1 多点合作节点失效检测机制CFD

2.2.2 改进的多点合作节点失效检测机制ICFD

2.2.3 节点失效检测的小结

2.3 网络修复方法的研究进展

2.3.1 基于节点重定位的网络修复策略

2.3.2 基于代理节点的网络修复策略

2.3.3 网络修复的小结

第三章 一种新的sink路径规划策略ECMA

3.1 一种基于分簇的sink自主移动策略MSRP

3.1.1 MSRP

3.1.2 MSRP的优缺点分析

3.2 一种新的sink路径规划策略ECMA

3.2.1 ECMA的基本思路

3.2.2 网络模型

3.2.3 ECMA路径规划策略

3.2.4 性能分析

3.3 仿真分析

3.3.1 仿真参数设置

3.3.2 仿真结果及分析

3.4 本章小结

第四章 一种改进的网络修复策略MST-RSS

4.1 一种大面积链路断开的网络修复策略DORMS

4.1.1 DORMS的基本思路

4.1.2 DORMS

4.1.3 DORMS中存在的问题

4.2 一种分布式网络片区域链接修复策略MST-RSS

4.2.1 MST-RSS的核心思想

4.2.2 网络模型

4.2.3 MST-RSS网络修复策略

4.2.4 性能分析

4.3 仿真结果及分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢