基于能量与连通度的WSN拓扑控制算法研究

摘要

无线传感器网络(WSN)作为新兴的网络测控技术，是能够自主实现数据采集、融合和传输应用的智能网络应用系统。无线传感器网络使逻辑上的信息世界与真实的物理世界紧密结合，从而真正实现“无处不在的计算”模式。无线传感器网络无论是在国防还是在国民经济的各个领域均有着广阔的应用前景。
　　无线传感器网络中电池能量是每个节点最宝贵的资源，如何高效使用能量来最大化网络的生命周期和维持能量的持续供应是设计的一个重要原则。对于自组织的无线传感器网络而言，网络拓扑控制对网络性能影响很大。良好的拓扑结构除了能够提高路由协议和MAC协议的效率外，其另外的一个重要目标就是在保证网络连通性和覆盖度的情况下，尽量合理高效的使用网络能源，延长网络的生存时间。
　　本文详细分析了WSN的各种拓扑控制算法，针对各种算法的优缺点进行了综合比较。在拓扑控制的基础上，围绕高效使用网络能量，尽可能长的延长网络生命周期来研究，在LEACH算法的基础上进行改进，提出了LEACH-N算法。LEACH-N算法从簇头选举、簇区划分和通信稳定三个阶段对LEACH算法进行了改进，充分考虑的节点的剩余能量、连通度等因素，使簇区划分更均匀，均衡网络能量的消耗，延长网络的生命周期。最后，使用NS2仿真软件对两种算法进行仿真。从网络的生命周期、系统整体能量消耗和汇聚节点接收的数据量三个方面进行比较，结果表明，LEACH-N算法能有效地节省网络能量，延长网络生命周期，在一定程度上解决了LEACH算法能量利用率低的问题，达到了改进的目的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 研究意义

1．3 国内外研究现状

1．4 论文的主要工作

1．5 论文内容安排

第2章 无线传感器网络概述

2．1 无线传感器网络的体系结构

2．1．1 无线传感器网络结构

2．1．2 无线传感器网络节点结构

2．1．3 无线传感器网络协议结构

2．2 无线传感器网络的特征

2．2．1 无线传感器网络与无线网络的区别

2．2．2 无线传感器网络的特点

2．2．3 无线传感器网络的性能评价指标

2．2．4 无线传感器网络的关键技术

2．3 本章小结

第3章 无线传感器网络拓扑控制算法的分析

3．1 拓扑控制研究的主要内容

3．2 拓扑控制的设计目标

3．3 无线传感器网络的拓扑结构分类

3．4 无线传感器网络的拓扑控制分类

3．4．1 功率控制

3．4．2 层次型拓扑结构控制

3．4．3 启发机制

3．5 各种拓扑控制算法的比较

3．6 本章小结

第4章 LEACH算法的分析与改进

4．1 LEACH算法概述

4．2 LEACH算法分析

4．2．1 LEACH算法的工作流程

4．2．2 能量模型

4．2．3 最优簇头数目

4．3 LEACH算法存在的问题

4．4 LEACH-N算法的基本思想

4．5 LEACH-N算法的工作流程

4．5．1 簇头选举阶段

4．5．2 簇区划分阶段

4．5．3 通信稳定阶段

4．6 本章小结

第5章 仿真实验与分析

5．1 NS2仿真工具

5．2 网络模型

5．3 实验结果分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢