无线传感网中基于梯度的能量感知分簇拓扑算法研究

发布时间：2017-06-05 20:07

  本文关键词：无线传感网中基于梯度的能量感知分簇拓扑算法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感网(Wireless Sensor Network,WSN)综合了嵌入式系统,无线通信和现代网络等先进技术,目前已经成为研究的热点方向和领域。通过在监测区域内布置一定数量传感器节点进行信息采集,然后凭借自组织多跳通信的方式将采集到的信息发送给客户端,无线传感网实现了对监测区域温度、湿度等信息的采集和监控,已经被广泛应用于军事、医疗、工农业生产和环境保护等方面。基于无线传感网的自身特点,其路由技术与现有网络的路由技术相比有着较大不同。由于传感器节点能量有限,因此尽可能降低能耗,延长网络寿命成为无线传感网路由协议设计过程中关键的问题。本文通过总结前人的研究成果,结合距离梯度优化和能量感知的思想,提出了基于梯度的能量感知分簇拓扑算法(an Energy-aware Clustering Topology Algorithm based on Gradient for Wireless Sensor Networks,ECTAG算法)。ECTAG算法是一种以节点自身剩余能量和邻居节点平均剩余能量的比值为主要参数,以节点所处的距离梯度为优化参数进行簇头竞争和信息转发的分布式分簇拓扑算法。本文首先定义了网络和能量模型、变量和报文消息等参数,然后详细阐述算法实现流程,设计簇头竞争、节点入簇和转发树构建的策略。最后分别从理论计算和仿真分析的角度,对算法性能进行了证明。通过理论计算和仿真分析可知ECTAG算法保留了分布式算法响应速度快和易于扩展的优势,并且通过结合能量感知和梯度控制的思想,使得距离基站较近簇结构的规模小于远离基站的簇结构,优化了转发树的结构,解决了网络“热区”的问题,实现了各个簇头能量均衡消耗和网络寿命延长的目的。
【关键词】：无线传感网 拓扑算法 分布式 梯度优化 能量感知
【学位授予单位】：郑州大学
【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
• Abstract5-12
• 1 绪论12-16
• 1.1 研究背景与现状12-13
• 1.2 研究目的和意义13-14
• 1.3 本文结构安排14-16
• 2 无线传感网路由协议分析与研究16-30
• 2.1 无线传感网概述16-22
• 2.1.1 无线传感网特点17-18
• 2.1.2 无线传感网典型应用18-19
• 2.1.3 无线传感网节点结构19
• 2.1.4 无线传感网协议栈体系结构19-22
• 2.2 无线传感网路由协议分析22-29
• 2.2.1 无线传感网路由协议的设计标准22-23
• 2.2.2 无线传感网路由协议分类23-24
• 2.2.3 无线传感网经典路由协议分析24-29
• 2.3 本章小结29-30
• 3 基于梯度的能量感知分簇拓扑算法30-42
• 3.1 模型建立30-31
• 3.1.1 网络模型30
• 3.1.2 能量模型30-31
• 3.2 算法设计31-41
• 3.2.1 节点数据结构定义32-33
• 3.2.2 报文消息定义33
• 3.2.3 节点成簇策略33-36
• 3.2.4 转发树生成策略36-37
• 3.2.5 邻居节点状态说明37-39
• 3.2.6 算法的伪代码描述39-41
• 3.3 本章小结41-42
• 4 算法性能分析与证明42-50
• 4.1 簇结构相关性质证明42-45
• 4.1.1 节点成簇性质42-43
• 4.1.2 簇头竞争策略43
• 4.1.3 簇头数量范围及期望43-45
• 4.1.4 消息量复杂度45
• 4.2 算法最小转发半径计算45-46
• 4.3 算法最优成簇半径计算46-48
• 4.4 本章小结48-50
• 5 算法仿真及结果分析50-66
• 5.1 OPNET仿真平台50-52
• 5.1.1 OPNET分层建模机制50-51
• 5.1.2 OPNET网络仿真机制51-52
• 5.2 ECTAG算法在OPNET仿真平台的实现52-58
• 5.2.1 网络结构设计52-53
• 5.2.2 节点结构设计53-54
• 5.2.3 算法代码实现54-57
• 5.2.4 仿真环境设置57-58
• 5.3 仿真结果及分析58-64
• 5.3.1 成簇半径对网络寿命的影响58-59
• 5.3.2 成簇半径对簇头数量的影响59-61
• 5.3.3 ECTAG算法拓扑结构仿真61-63
• 5.3.4 不同算法网络寿命对比63-64
• 5.4 ECTAG算法总结64-65
• 5.5 本章小结65-66
• 6 总结与展望66-68
• 6.1 工作总结66
• 6.2 未来工作展望66-68
• 参考文献68-71
• 个人简历及研究成果71-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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  本文关键词：无线传感网中基于梯度的能量感知分簇拓扑算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：424510