能耗均衡的无线传感器网络数据收集技术研究

发布时间：2020-11-20 07:47

　　 近年来无线传感器网络(WSN)成为各国研究学者研究的热点,并获得了迅速的发展。WSN无需事先布置基础设施、部署方便、在部署之后能快速组网收集数据,在军事和民用领域都获得了广泛的应用。WSN分簇路由协议具有能量利用率高、可扩展性良好的特点,适合于大规模的WSN应用。但在WSN分簇路由协议中,簇首负担较重,其可靠性和稳定性对网络性能影响巨大。同时,靠近基站的节点需要转发远离基站分簇的其它节点的数据。不平衡的能耗导致节点退出,缩短网络的生命周期。因此有学者提出使用移动基站去监测区域内收集传感器节点的数据,获得了良好的效果。论文主要研究了能量均衡的WSN分簇路由协议、以及基于移动基站(旅程受限)的WSN分簇数据收集协议,主要工作如下:1.论文以LEACH协议为基础,提出了一种基于节点邻域能量分布的WSN分簇路由协议,有以下特点:1.优化簇首选择阈值,综合考虑节点的邻居节点密度和节点剩余能量与邻居节点的平均能量的相对偏差,选出候选簇首;2.候选簇首探测自己是否处于孤立区域,如果自己属于孤立簇首节点,则进行簇首补选;3.簇首局部广播当选消息,吸引邻居节点加入分簇,避免全局广播造成的巨大能耗。仿真结果表明,论文的算法优化了簇首分布、均衡了节点能耗、延长了网络生命周期。2.论文提出了一种基于移动基站的WSN负载平衡数据收集协议。首先论文在分簇型WSN路由协议的基础上,将网络中的节点划分为簇,每个分簇选一个簇首。其次依照簇首距离基站的远近,将簇首和移动基站组织成一棵最小生成树。在最小生成树的基础上求出先序遍历序列。然后根据遍历的顺序设计了一种负载均衡的节点成簇机制,为每个簇首分配一定数量的节点加入配额,让网络中的节点稳定有序地形成分簇。最后移动基站依照遍历顺序依次收集网络中簇首的数据。仿真结果表明和原来的分簇协议相比,提出的基于移动基站的数据收集协议协议能有效地延长网络的生命周期。3.考虑到在某些非时延容忍的应用中,传感器节点的感知数据必须在限定的时间内提交给移动基站,提出了一种在移动基站旅程受限条件下的WSN数据收集协议。该算法在前面算法的基础上,将先序遍历簇首序列中的簇首分为可达与不可达,不可达的二级簇首需要关联到一个最近的、可达的一级簇首,将自己分簇的数据交付给它。在时延受限的情况,改进了节点成簇机制,形成了两层的分簇结构。仿真结果表明,在移动基站旅程受限的条件下,扩展的协议也能有效地延长网络的生命周期。
【学位单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN929.5;TP212.9
【部分图文】：

０１２３４５６７８９?１０?０１２?３?４５６７８９?１０??图２．４顶点初始分布图?图２．５最小生成树??１０；?＇?＇?？——?＇?????—?＇???９??８－２?８、?一川?卞??７?＼?Ｚ?Ｉ??＼?ｘ?＼??５?＼，，?、、太??４?－?４?＂）６??；?／／?：??：丨，??〇?１２３４５６７８?９?１０??图２．６先序遍历示意图??图２．４给出了完全无向图的顶点示意图，顶点的位置取整数坐标，任意两点间边的代价??为两点间的距离。图２．５在图２．４的基础上，用ＰＲＩＭ算法求得了最小生成树，其中取顶点１??为根节点。图２．６是在图２．５的基础上生成的先序遍历图，先序遍历的完整顺序为１、５、１、??７、３、７、６、７、１、８、２、８、４、８、１。在遍历最小生成树时，只在第一次遇到一个顶点??时，才将该顶点列出，从而得到访问顺序１、５、７、３、６、８、２、４、１。??２．６．移动基站的相关知识??２．６．１．移动基站的移动模式??基站的移动模式主要由实际应用需求和监测区域的环境特性决定。针对不同的情况

网络横咆标??图３．２第５００轮时的网络分簇示意图??图３．２展示了ＤＣＳＮＥ协议在第５００轮时的网络分簇的情况。由图可知，网络的分布区域??为（０，０）至（１００，１００）；基站用蓝色的Ｘ表示，初始位置位于网络的中心（５０，５０）；簇首??

轮数??图３．３网络生命周期对比图??由图３．３可知，ＬＥＡＣＨ协议首个节点退出轮数为１０２１轮，ＤＳＣ协议首个节点退出轮??数为１０１２轮，ＤＣＳＮＥ协议首个节点退出轮数为１２６５轮，相对于ＬＥＡＣＨ协议，ＤＣＳＮＥ协议??的生命周期延长了２３．９％，相对于ＤＳＣ协议，ＤＣＳＮＥ协议的生命周期延长了２４．１％；?ＬＥＡＣＨ??协议最后一个节点退出轮数为１５６１轮，ＤＳＣ协议最后一个节点退出轮数为１６１１轮，ＤＣＳＮＥ??协议最后一个节点退出轮数为２０９５轮，比ＬＥＡＣＨ协议晚３４．２％，比ＤＳＣ协议晚３０．０％。综上??所述，论文提出的ＤＣＳＮＥ协议在节点能耗上更加均衡，有效地延长了生命周期。??０．３８?ｒ?｜?｜?１??Ｉ?ｊ??ＬＥＡＣＨ—??Ｉ??ＤＣＳＮＥ＇．??｜ｌ?，?丨丨?ｉ?ｊ?ｊ?ＤＳＣ?Ｉ??，丨丨！?：！?！１?Ｉ?４??０３４?
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本文编号：2891171