基于地理位置的WSN拓扑控制技术研究

摘要

无线传感器网络集传感器技术、嵌入式技术、无线通信网络技术于一体，在军用和民用领域中发挥着巨大的作用，受到越来越多的重视和研究。传感器网络中的节点一般采用电池供电，能量有限且通常工作在较为危险、复杂的地理区域，节点的电池得不到及时的更换和补充。因此，降低节点能耗、延长网络生存周期是无线传感器网络设计的重要目标。而良好的网络拓扑控制技术有利于节点节省能量来延长网络生存周期。因此，网络拓扑控制是实现这一目标的重要技术之一。
　　网络拓扑控制是指在满足网络覆盖度和连通度的前提下，通过功率控制和骨干节点选择，剔除节点之间不必要的通信链路，形成一个数据转发的优化网络结构。良好的网络拓扑结构和拓扑控制技术，能够提高路由协议和MAC协议的效率，有利于节省节点的能量来延长网络的生存周期。
　　本课题以无线传感器网络为背景，研究无线传感器网络拓扑控制技术。解决节点能量消耗过快而降低网络生存周期的问题。所取得的成果包括以下几个方面:
　　(1)针对LEACH算法中孤立地理位置信息而使分簇不均匀的问题，本文在研究GAF算法中虚拟网络划分的基础上，设计了正六边形分簇方法，该方法能够达到分簇均匀且降低能量消耗的目的。
　　(2)针对现今算法中未考虑节点剩余能量等因素，致使某些剩余能量偏低的节点担任簇头而过早死亡的问题，本文在选择簇头时综合考虑了节点剩余能量，节点度以及节点成为簇头的次数三个因素，以解决簇头会过早死亡的问题。
　　(3)针对LEACH算法未考虑节点间的路由传输策略，节点直接和基站进行通信，造成能量消耗较大而过早死亡，从而降低网络生存周期的问题，本文在研究最小生成树算法和MTE算法的基础上，分别设计了簇内和簇间通信策略，以达到减小网络通信能量消耗，从而延长网络生存周期的目的。在此基础上，利用仿真工具NS2进行仿真分析，仿真结果表明该拓扑控制算法能很好的适用于大规模网络，平衡了节点能量，延长了网络生存周期。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究的目标和内容

1．4 本文组织结构

第2章 无线传感器网络拓扑控制技术分析

2．1 无线传感器网络拓扑控制概述

2．1．1 无线传感器网络的概念与网络结构

2．1．2 无线传感器网络拓扑控制与协议栈

2．1．3 无线传感器网络拓扑控制与节能

2．2 分簇拓扑控制算法的研究与分析

2．2．1 基于LEACH的分簇算法

2．2．2 其它分簇算法

2．3 本章小结

第3章 基于地理位置的LEACH-ML算法的设计

3．1 拓扑控制算法设计的原则

3．2 LEACH-ML算法的设计

3．2．1 算法设计思想

3．2．2 相关定义

3．2．3 网络分簇模型的设计

3．2．4 簇首节点选举算法的设计

3．2．5 簇内和簇间通信机制的设计

3．2．6 簇更新机制的设计

3．3 LEACH-ML的工作过程

3．3．1 簇结构初始创建阶段

3．3．2 网络稳定传输阶段

3．4 本章小结

第4章 LEACH-ML算法的实现与仿真

4．1 仿真工具NS2介绍

4．2 使用NS2进行网络仿真的方法和步骤

4．3 MIT u-AMPS NS代码的修改与扩展

4．4 仿真环境与仿真指标

4．5 仿真过程

4．5．1 MIT u-AMPS NS代码的加载

4．5．2 源代码分析

4．5．3 LEACH-ML NS代码扩展

4．5．4 仿真测试

4．5．5 数据处理与图形表示

4．6 本章小结

第5章 LEACH-ML算法的性能与仿真结果分析

5．1 能量消耗分析

5．1．1 能量消耗模型

5．1．2 节点能耗分析

5．2 NS2仿真结果分析

5．2．1 能量阈值系数a的确定

5．2．2 网络生存时间比较

5．2．3 网络节点能耗比较

5．2．4 节点平均功率比较

5．3 LEACH-ML算法的优缺点分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢