无线传感器网络分簇路由协议研究

发布时间：2017-05-03 17:15

  本文关键词：无线传感器网络分簇路由协议研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感器网络是由一系列具有有限计算能力、存储能力和无线通信能力的小型智能设备组成的分布式感知网络。传感器节点的感知能力和节点间的无线通信能力为传感器网络赋予了广阔的应用前景,使得无线传感器网络广泛应用于军事领域、医疗健康、环境科学、空间探索,以及其他一些商业应用领域中。 然而,无线传感器网络的部署环境相当复杂,经常需要通过大量的人工埋置、飞行器撒播或者火箭弹射等方式,将节点任意散落在被监测区域内。无线传感器网络中节点一般采用微型电池供电,由于部署环境的复杂性和节点布置的任意性,使得节点的电池难以更换或充电,很容易因能量耗尽而失效。因此,无线传感器网络路由协议研究的核心问题就是最大限度地降低节点的能量消耗,延长网络生命周期。由于在网络扩展性、高效节能性等方面的明显优势,基于分簇技术的路由协议成为当前研究的一个重要课题。本文围绕这一课题,侧重研究了无线传感器网络分簇路由协议中的簇首节点的选择机制、节点间能量损耗的均衡、分簇区域的划分和成簇的密度对分簇的影响等问题。论文的主要内容包括： 1.针对异构型无线传感器网络节点在感知、计算与通信多方面存在差异的特点,提出了一种低能量损耗的分布式分簇路由算法(MEDC)。该算法所基于的能量模型将综合考虑网络中节点的能量异构性和计算能力异构性,依据节点的剩余能量和预期的成簇能量损耗,选取优势节点成为簇首节点。仿真结果表明,该算法能有效地均衡节点的能量消耗,从而延长网络的生命周期。 2.将演化博弈理论引入无线传感器网络分簇路由协议的研究,通过分析模型的演化稳定性状态来确定网络能量优化的策略。本文提出了一种基于领土博弈模型的分簇算法(TGC)和一种基于能量消耗战博弈模型的算法(WEAC)。在TGC算法领土博弈过程中,竞争双方应用演化稳定性策略瓜分监测区域,从而实现网络能耗的均衡。当网络中传感器节点的剩余能量普遍偏低时,采取WEAC算法进行自私地决策,以此最大化网络的生命周期。仿真结果表明,通过该算法能够获得很好的网络性能。 3.提出了一种基于自适应分裂与合并的无线传感器网络分簇协议(ASMC),能较好地解决无线传感器网络因簇密度不均匀导致成簇时间延长的问题。该协议在首轮预先设定了簇首数量,并通过阈值控制了簇的密度,在适当时候进行簇的分裂与合并操作。当簇首数量少于预设的数量时进行簇首补选,在簇首补选过程中不仅考虑了簇内密度,而且还考虑了节点剩余能量。
【关键词】：无线传感器网络 分簇技术 能量优化 演化博弈 演化稳定性策略
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TN915.04;TP212.9
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第1章 绪论12-30
• 1.1 课题背景及意义12
• 1.2 无线传感器网络概述12-22
• 1.2.1 无线传感器网络体系结构12-16
• 1.2.2 无线传感器网络的特点16-18
• 1.2.3 无线传感器网络的应用18-20
• 1.2.4 无线传感器网络的研究方向20-22
• 1.3 无线传感器网络路由协议概述22-28
• 1.3.1 无线传感器网络路由协议的设计目标与设计要求22-24
• 1.3.2 无线传感器网络路由协议分类24-26
• 1.3.3 无线传感器网络分簇路由协议概述26-28
• 1.4 本文研究内容及论文结构28-30
• 第2章 异构无线传感器网络中的低能量损耗的分簇算法30-41
• 2.1 相关工作30-31
• 2.2 系统模型31-34
• 2.2.1 网络模型31-32
• 2.2.2 传感器节点能量消耗模型32-33
• 2.2.3 异构传感器网络中的能量消耗模型33-34
• 2.2.4 无线传感器网络的生命周期34
• 2.3 MEDC算法34-36
• 2.3.1 簇首选举参数γ34-35
• 2.3.2 簇的建立35-36
• 2.3.3 数据传输36
• 2.4 实验与分析36-40
• 2.4.1 仿真参数36-37
• 2.4.2 仿真结果分析37-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第3章 基于演化博弈论的无线传感器网络分簇路由协议41-65
• 3.1 引言41-42
• 3.2 相关工作42-44
• 3.3 演化博弈论基础44-48
• 3.3.1 演化博弈论简介44
• 3.3.2 演化稳定性策略44-45
• 3.3.3 领土博弈模型45-48
• 3.4 网络框架与假设48-52
• 3.4.1 网络模型48-49
• 3.4.2 基于距离的分级簇首选举概率49-51
• 3.4.3 演化博弈假设51-52
• 3.5 无线传感器网络中领土博弈的演化稳定性策略52-56
• 3.5.1 领土博弈模型的演化稳定状态52-54
• 3.5.2 混合演化稳定性策略54
• 3.5.3 能量消耗战博弈模型的演化稳定性策略54-56
• 3.6 基于演化博弈论的分簇路由算法56-59
• 3.6.1 基于领土博弈的分簇算法TGC57-58
• 3.6.2 基于能量消耗战模型的分簇算法WEAC58-59
• 3.7 实验与分析59-63
• 3.8 本章小结63-65
• 第4章 基于自适应分裂与合并的无线传感器网络分簇协议65-79
• 4.1 引言65-66
• 4.2 相关工作66-68
• 4.3 基于自适应分裂与合并的分簇协议68-71
• 4.3.1 问题描述68-69
• 4.3.2 提出的分簇协议描述69-71
• 4.4 实验及分析71-78
• 4.4.1 成簇均匀度72-73
• 4.4.2 网络生存时间73-76
• 4.4.3 网络可扩展性76-77
• 4.4.4 网络可靠性77-78
• 4.5 本章小结78-79
• 第5章 总结与展望79-81
• 参考文献81-91
• 攻读学位期间公开发表论文91
• 主持参加项目情况91-92
• 致谢92-93
• 作者简介93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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1 高腾;能量高效的无线传感器网络分簇路由协议研究[D];大连理工大学;2011年

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本文编号：343415