无线传感器网络的拓扑控制策略研究

摘要

通信技术、嵌入式技术、传感器技术的飞速发展和日益成熟，使得无线传感器网络成为当前的一个研究热点。与传统网络相比，传感器网络具有以下特点：节点分布极其稠密且数目很大：节点的能量，存储空间及计算能力等非常有限，因此让每个节点都维护全局信息是不可能的；无线传感器网络通常工作在人无法接近或者高危险区域，使得更换或补充节点的能源非常困难。所以在设计无线传感器网络的各项协议时，能效成为首要考虑的问题。拓扑控制技术是传感器网络的关键技术之一，如何合理地设计拓扑控制机制从而节省传感器节点有限的能量、延长网络的生存期是本文的研究重点。 本文从整体上介绍了无线传感器网络的基本概念，包括无线传感器网络系统结构、特征和应用领域；分析了无线传感器网络的几项关键技术；总结了拓扑控制算法的主要分类，并对它们的优缺点进行了分析。本文的创新点是： 1．在多跳层次型网络的基础上，提出了一种基于跳数的不均匀分簇的拓扑控制算法(HCUC)。用节点的跳数信息来代替节点的具体位置，不仅节省了GPS定位设备所消耗的能量，而且扩大了网络的应用范围。 2．算法在保证网络覆盖的基础上，根据节点的剩余能量进行簇头的选择，使得簇头的数目基本符合最优簇头数目的要求，并且能够保证簇头的质量。 3．针对无线传感器网络“多对一”通信的特点，在簇头选择通信半径时，随着节点与基站之间的距离的变化而不断变化，从而主动的降低这种网络特性对网络性能的影响。在簇间传输数据时，利用了距离基站越近的节点，跳数越小的规律，选择一条到达基站的最短路径，缩短了数据传输所需要的时间，并降低了节点能耗。 最后，用NS2对HCUC协议进行仿真，并对仿真结果分析比较，结果表明，基于跳数的不均匀拓扑控制算法，可以在节点间更有效的均衡能量的消耗，提高了网络生存时间和网络的吞吐量。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1论文研究背景

1.2论文研究目的和意义

1.3国内外研究现状

1.4论文研究的主要内容

第二章无线传感器网络概述

2.1无线传感器网络体系的相关知识

2.2无线传感器网络的特点及应用

2.3无线传感器网络的关键技术

2.4无线传感器网络能量消耗分析

2.5本章小结

第三章无线传感器网络拓扑控制机制比较研究

3.1拓扑控制分析及设计目标

3.2无线传感器网络的拓扑控制模型与算法

3.2.1节点功率控制模型与算法

3.2.2层次型拓扑控制模型与算法

3.2.3节点启发性控制机制

3.3本章小结

第四章 高效能的层次型拓扑策略

4.1算法的网络模型

4.2能量模型

4.3算法的详细描述

4.3.1计算传感器节点与基站的最小跳数

4.3.2簇头的选择

4.3.3簇的形成

4.3.4簇间数据链的形成

4.4本章小结

第五章算法仿真与性能评价

5.1仿真工具NS2

5.2仿真与结果分析

5.2.1仿真环境

5.2.2结果及分析

5.3本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2课题展望

[参考文献]

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢