无线传感器节能组网相关算法研究

【摘要】：无线传感器网络是由部署在监测区域内数量巨大的廉价微型传感器节点组成,节点之间以无线通信方式自组织而成的一个网络系统。该网络以感知、采集某些对象的相关信息为目的,并将采集到的信息进行一些简单处理后发送给观察者。无线传感器网络扩展了人们信息获取能力,将客观世界的物理信息同传输网络连接在一起,在下一代网络中将为人们提供最直接、最有效、最真实的信息,具有十分广阔的应用前景。随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟,人们研制出了各种具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器,无线传感器网络越来越多的被应用在了军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境检测、抢险救灾、危险区域远程控制等领域。正是由于无线传感器如此良好的发展前景,越来越多的国内外学者开始投入到了无线传感器网络的研究当中。 无线传感器网络的节点数量巨大,监控区域通常为一些环境恶劣、人类不容易到达的地方,因此,无线传感器一般都通过飞机在高空中将其随机的散落在监控区域中。无线传感器自身能量的有限性以及恶劣环境对传感器不断造成的损害,使其寿命受到严重的影响,同时由于网络节点数量巨大、监控区域环境恶劣,想要靠人力去维护节点是不可能的,因此,如何能够让传感器节点自行高效节能的组网成为了无线传感器网络研究问题中的重点之一。 传统研究中一般分别采用路由控制或拓扑控制等组网技术来对网络进行节能组网,本文则综合考虑了这两种组网技术,给出了基于拓扑控制的路由控制组网算法。首先,在拓扑控制的研究与分析中,发现如果可以在保证整个网络覆盖率的情况下,找到一些可以相互替代工作的传感器节点的话,让这些节点可以互相替代工作,这样,在任意时刻,只有部分节点在工作,其他节点处于睡眠状态；同时由于是轮流工作,每个节点的平均寿命也得到了提高；另外,在某些节点失效后,仍然有其他节点可以代替它工作,增强了整个网络的容错性。基于以上的考虑,本文提出了虚拟节点的概念,虚拟节点所覆盖的范围中的传感器节点可以相互替代工作；然后使用最小覆盖近似算法给出了虚拟无线传感器在检测区域中的分布；给出了一种基于虚拟无线传感器的拓扑控制技术的描述。其次,在考虑与本文提出的拓扑控制兼容性的情况下,对EOLSR路由算法进行了研究,最后提出了基于以上拓扑控制技术与EOLSR路由算法协同下的组网技术。 【关键词】：无线传感器网络 高效节能组网 拓扑控制 路由算法 最小覆盖近似算法
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 第一章 引言10-17
• 1.1 无线传感器网络概述10-13
• 1.1.1 无线传感器网络的组成10-11
• 1.1.2 无线传感器网络的特点11-12
• 1.1.3 无线传感器的能耗12-13
• 1.2 无线传感器组网技术研究意义13-14
• 1.3 无线传感器网络组网技术的研究现状14-15
• 1.4 主要工作与创新点15
• 1.5 技术路线15-16
• 1.6 本文的组织结构16-17
• 第二章 无线传感器网络组网技术介绍17-22
• 2.1 无线传感器网络组网技术简介17-18
• 2.2 无线传感器网络拓扑控制组网算法介绍18-19
• 2.3 无线传感器网络路由组网算法介绍19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 基于虚拟无线传感器的拓扑控制组网技术22-31
• 3.1 虚拟无线传感器的提出22-23
• 3.2 虚拟无线传感器中待解决问题与解决方案23-24
• 3.3 虚拟无线传感器分布的最小覆盖近似算法24-29
• 3.3.1 基于贪心的启发式最小覆盖算法27-28
• 3.3.2 最小覆盖集构造算法28-29
• 3.4 基于虚拟无线传感器的拓扑控制技术29
• 3.5 本章小结29-31
• 第四章 基于拓扑控制的路由组网技术31-34
• 4.1 路由算法的选取31
• 4.2 路由算法描述31-33
• 4.2.1 能量消耗模型31-32
• 4.2.2 转发节点的选择32-33
• 4.2.3 EOLSR路由算法33
• 4.3 拓扑控制与EOLSR结合的组网技术33
• 4.4 本章小结33-34
• 第五章 模拟仿真与实验比较34-47
• 5.1 虚拟无线传感器分布的最小覆盖近似算法的模拟实验34-44
• 5.1.1 虚拟无线传感器分布的最小覆盖近似算法的实验结果分析39-44
• 5.1.2 与其他覆盖算法的比较44
• 5.2 拓扑控制与路由技术的组合组网实验与结果分析44-46
• 5.3 本章小结46-47
• 第六章 总结与展望47-48
• 6.1 本文的主要工作47
• 6.2 进一步工作47-48
• 参考文献48-54
• 致谢54-55
• 附录一 攻读学位期间发表的学术论文目录55-56
• 附录二 程序关键性代码56-62

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