无线传感器网络寿命延长方法的研究

摘要

随着无线传感器网络的不断发展,应用范围的不断扩展,应用前景愈发广阔,但也同时存在着许多制约其发展的问题。其中之一的问题就是由于WSN中传感数据的负载不均,会造成网络中部分区域内的节点会比其他区域内的节点负载更多的数据量,导致这些节点更易能量耗尽而失效,出现能量洞问题。能量洞导致其外侧数据无法传输到Base Sink,同时留下传感探测的空白区域。
　　能量洞的产生严重限制着WSN的寿命。在能量洞出现初期,虽不至于网络失效,但会使网络变的不稳定,出现各种传输延迟、安全性等方面的问题。并且对于出现能量洞而导致WSN无法继续工作的网络,能量洞以外的区域内节点仍然剩余能量较多,这不仅是对WSN成本的浪费,缩短了网络服务寿命,也增加了各种电子垃圾。
　　本文首先论述了能量洞问题的成因及其造成的不良影响,调研期间针对能量洞问题进行了较详细的跟踪研究,并归纳总结出了对于能量洞问题的解决方法的简介。然后分析WSN中传感器节点能量消耗的特点,利用Corona模型划分网络,定量分析节点的能量消耗。由于求每个节点的最优传输距离已被规约为 NP困难问题,也就意味着此法的不可解,因此在此基础上提出一个近似最优传输距离表的求解方法。每个节点由内而外寻求到Base Sink的最小能量消耗路径,这样不仅减小了递归运算,降低了算法复杂度,还使得寻找多条链路中的关键节点变得更容易。
　　然后又添加节点能量消耗控制参数,使能量洞消耗较多的节点退出工作节点集合,以便保证其能量不至于快速耗尽,达到进一步控制低能量状态下的节点的能耗的作用。对于区域性的无法找到下一跳节点时,可令该区域内的低能量节点来计算其参与数据转发的收益,令收益值最高的节点参与到链路中。利用这两层方法来防止能量洞的产生,起到延长WSN寿命的作用。
　　最后利用NS2工具在Ubuntu系统上做仿真实验,统计并分析实验结果,对比说明本文提出的算法的有效性。实验结果表明,本文提出的算法有效的延长了网络寿命。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容和章节安排

第二章 能量洞问题和分析模型

2.1 引言

2.2 能量洞问题的描述

2.3 能量消耗的分析模型

2.4 本章小结

第三章 求近似最佳传输距离的算法研究

3.1 引言

3.2 求近似最佳传输距离的算法

3.3 算法描述

3.4 本章小结

第四章 能量状态博弈算法研究

4.1 节点能量状态

4.2 博弈论方法简介

4.3 算法描述

4.4 本章小结

第五章 仿真实验

5.1 仿真实验平台

5.2 实验数据

5.3 仿真结果与分析

5.4 总结

第六章 总结与展望

6.1论文的创新点

6.2进一步工作展望

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文和参加科研情况

致谢