无线传感器网络中多移动节点辅助的数据收集研究

发布时间：2017-04-28 02:06

  本文关键词：无线传感器网络中多移动节点辅助的数据收集研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,移动节点因其具有降低网络能耗的优势,被广泛应用于无线传感器网络。传统无线传感器网络采用多跳进行数据收集,靠近汇聚点的节点需传输自身和远方节点的数据,耗能更快,提前死亡,产生拓扑空洞。网络中的数据在空洞上汇聚传输,大量消耗空洞表面上传感节点的有限能量,致使节点迅速死亡,空洞进一步扩张,严重时引起网络断层。为解决多跳带来的问题,研究者引入移动节点扫描传感节点的数据。扫描过程中,传感节点不必中继其他节点的数据,从而节省能量,平衡网络能耗。使用移动节点维护网络拓扑,设置一个或多个移动节点围绕拓扑空洞运行,减少流经空洞的数据量,可有效地抑制网络空洞的扩张,延长网络生存时长。但是,和多跳传输相比,移动节点的移动速率远远小于传感节点的无线传输速率,数据收集时延极高,降低了移动节点的适用性。因此,在平衡网络能耗的前提下,缩短移动节点的数据收集时延,对于移动收集的研究和应用至关重要。本文主要从以上方面来研究无线传感器网络中基于移动节点辅助的数据收集算法。首先提出了一个基于同心圆轨道的多移动节点辅助的数据收集方案,在均衡网络能耗的前提下,减少数据收集时延。随后将该方案进一步拓展至三维环境中,利用移动节点抑制网络中拓扑空洞的扩张,辅助数据收集,降低网络能耗,提高网络连通度,延长网络生存时长。论文的主要工作,体现在以下几个方面：1)提出基于多移动节点辅助的数据收集方案。在分析了已有的轨道规划方案后,我们发现,将移动节点的路径规划为问心圆轨道时,移动节点能定期相遇,中继数据,从而缩短数据被携带的时间,降低数据传输时延。2)研究基于三维网络的拓扑空洞检测机制。已有的三维空洞检测机制在探测过程中将产生大量能耗,本文提出一个基于分簇的拓扑空洞检测算法,能显著降低网络能耗,还能调整探测结果的精确度。3)设计多移动节点辅助的三维数据收集方案。结合已有的研究结果,获取到拓扑空洞的位置形状后,计算空洞的外切球,设置多个移动节点在外切球上运行,收集传感节点的数据,降低空洞上的数据量,防止空洞的进一步扩张。
【关键词】：无线传感器网络 多移动元素 数据收集 三维空间 空洞检测 空洞抑制
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-13
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 研究目标及内容11-12
• 1.2.1 研究目标11
• 1.2.2 研究内容11-12
• 1.3 论文的主要工作和创新12
• 1.4 论文的组织安排12-13
• 第二章 研究现状13-19
• 2.1 无线传感器网络技术13-15
• 2.1.1 移动节点及其应用14
• 2.1.2 无线传感网络结构14
• 2.1.3 无线传感网的应用14-15
• 2.2 无线传感网移动节点辅助的数据收集方案15-17
• 2.2.1 COM15-16
• 2.2.2 CSS16
• 2.2.3 P-NJN16-17
• 2.3 无线传感网三维空洞探测方案17-18
• 2.3.1 右手法则17
• 2.3.2 单位球探测法17
• 2.3.3 基于连接度的空洞探测法17-18
• 2.4 无线传感网三维数据收集方案18
• 2.5 本章小结18-19
• 第三章 无线传感网中基于多移动节点辅助的数据收集算法19-31
• 3.1 相关工作19
• 3.2 符号及概念定义19-20
• 3.3 基于多移动节点辅助的数据收集算法20-23
• 3.3.1 问题建模20-21
• 3.3.2 算法描述21-23
• 3.4 性能分析23-25
• 3.4.1 传感节点的传输半径分布23-24
• 3.4.2 传感节点的能量消耗分布24-25
• 3.4.3 移动节点的最大数据时延25
• 3.5 算法拓展25-27
• 3.6 仿真实验27-30
• 3.6.1 仿真场景27
• 3.6.2 传输时延对比27-29
• 3.6.3 能量消耗对比29
• 3.6.4 网络生存时长对比29-30
• 3.7 本章小结30-31
• 第四章 无线传感器三维网络中基于分簇的空洞探测方案31-39
• 4.1 相关工作研究现状31
• 4.2 符号及概念定义31-32
• 4.3 基于分簇的空洞检测方案32-36
• 4.3.1 问题描述33-34
• 4.3.2 算法描述34-35
• 4.3.3 算法性能分析35-36
• 4.4 仿真实验36-38
• 4.4.1 仿真构建36
• 4.4.2 不同精度的空洞探测36-37
• 4.4.3 算法能耗分析37-38
• 4.5 本章小结38-39
• 第五章 无线传感器三维网络中基于多移动节点辅助的数据收集方案39-47
• 5.1 系统模型39-40
• 5.2 多移动节点辅助的三维数据收集方案40-44
• 5.2.1 系统流程图41-42
• 5.2.2 算法描述42-44
• 5.3 实验仿真44-46
• 5.3.1 立方簇边长对算法性能的影响44-45
• 5.3.2 拓扑空洞大小对算法性能的影响45-46
• 5.4 本章小结46-47
• 第六章 论文总结与展望47-49
• 6.1 论文工作总结47
• 6.2 未来工作47-49
• 致谢49-50
• 硕士期间发表论文50-51
• 参考文献51-54

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