基于跨层功率控制的WSN路由优化算法研究

发布时间：2017-10-10 17:12

  本文关键词：基于跨层功率控制的WSN路由优化算法研究

  更多相关文章： 无线传感器网络 跨层功率控制 路由优化 负载均衡 生存时间

【摘要】：随着感知识别技术的快速发展,以传感器和智能识别终端为代表的信息自动采集设备实现了实时测量、感知和监控等操作。物理世界的联网和信息世界的扩展需求催生出一种新型的信息获取和处理技术——无线传感器网络技术。无线传感器网络通常具有大规模、无中心、自组织、动态拓扑变化频繁等特点,且传感器节点能量有限且难以补充,其计算与通信功能也很有限。因此,设计能量优化或节能的路由协议是延长网络的生命周期重要手段。此外,基于传统分层通信协议设计的路由协议很难满足多QoS需求,跨层优化策略是提高路由协议性能的不二之选。功率控制技术作为一种跨层优化机制,通过动态调整节点的发射功率,在保证网络连通性和服务质量的前提下,以最大限度延长网络生存周期为主要目标,兼顾节点干扰、传输延时、负载均衡等性能。论文的主要研究工作如下：1.针对无线传感器网络拓扑变化频繁,且随机部署的传感节点,往往出现“热点”区域或“孤岛”现象。论文在系统地研究基于地理位置信息的平面型路由的基础上,提出了一种轻量级路由优化算法——基于最优连通功率的跨层路由算法。算法的核心思想是将最优连通功率控制机制与路由选择相结合,在保证网络双向可靠连通的条件下,综合前向区域中节点干扰等级,剩余能量和空间地理位置信息,动态选择转发节点。仿真结果表明算法能够降低通信能耗,减少节点间竞争强度,提高路由QoS性能。2.层次型路由通过高效的节点管理和减少冗余信息的传输提高网络能量利用率。但是,由于节点转发负载的不均衡问题,导致转发负载高的节点率先失效的现象,论文提出一种基于跨层功率控制的负载均衡路由优化算法。算法利用节点介数评估网络层转发负载,将网络层转发负载和物理层剩余能量融合决策簇首成簇发射功率,以形成不同规模的簇,簇间采用最小能耗路由传输策略。仿真结果表明算法有效地改善负载均衡程度,延长网络生存周期。
【关键词】：无线传感器网络 跨层功率控制 路由优化 负载均衡 生存时间
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 选题背景及其意义10-12
• 1.2 无线传感器网络概述12-15
• 1.2.1 无线传感器网络的系统架构12-13
• 1.2.2 无线传感器网络的节点结构13-14
• 1.2.3 无线传感器网络通信体系架构14-15
• 1.3 国内外研究现状分析15-17
• 1.3.1 国外研究现状15-16
• 1.3.2 国内研究现状16-17
• 1.4 研究内容及组织结构17-19
• 1.4.1 论文的主要研究内容17
• 1.4.2 论文的组织结构17-19
• 第2章 无线传感器网络跨层功率控制与路由技术19-31
• 2.1 WSN功率控制的目的与意义19-21
• 2.2 功率控制对WSN协议层的影响21-24
• 2.3 WSN跨层优化设计原理24-27
• 2.3.1 跨层设计的概念24-25
• 2.3.2 跨层优化模型分类25-27
• 2.3.3 跨层功率控制参考模型27
• 2.4 典型跨层功率控制的路由算法27-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第3章 基于最优连通功率的跨层路由算法31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 网络模型和相关理论31-34
• 3.2.1 网络模型假设31-32
• 3.2.2 节点传输功率模型32
• 3.2.3 节点干扰模型32-33
• 3.2.4 传统功率控制和最优功率控制比较33-34
• 3.3 CRCP算法描述34-37
• 3.3.1 路径建立35-36
• 3.3.2 数据传输与路由维护36-37
• 3.4 仿真实验37-41
• 3.4.1 场景设置37
• 3.4.2 仿真结果及分析37-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 基于跨层功率控制的负载均衡路由算法42-54
• 4.1 引言42
• 4.2 网络模型和相关理论42-44
• 4.2.1 网络模型假设42-43
• 4.2.2 节点能耗模型43-44
• 4.3 CL-LBR算法描述44-49
• 4.3.1 簇首选举算法45-46
• 4.3.2 跨层功率控制稳定成簇46
• 4.3.3 融合决策46-48
• 4.3.4 簇间混合路由48-49
• 4.4 实验与评价49-53
• 4.4.1 场景设置49-50
• 4.4.2 仿真结果分析50-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 结论与展望54-56
• 5.1 结论54
• 5.2 展望54-56
• 参考文献56-60
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果60-61
• 致谢61

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本文编号：1007570