基于QoS的无线传感器网络拓扑控制的研究

发布时间：2017-08-30 08:36

  本文关键词：基于QoS的无线传感器网络拓扑控制的研究

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【摘要】：无线传感器网络(WSN:Wireless Sensor Network)集计算、通信、传感等技术于一身,具有节点受限、自组织性、面向应用、以数据为中心等特点,广泛的应用于军事、交通、医疗等多个领域。打破传统网络协议体系严格的分层机制,WSN研究中出现了跨层设计方案,建立了层次之间的相互连接。另外,WSN的特殊性使得其Qo S体系与Qo S保障技术也有所不同。在WSN中拓扑控制是位于MAC层与网络层之间的夹层,属于跨层研究的范畴。拓扑控制有利于提高MAC协议和路由协议的效率,对数据融合、目标定位、同步机制都有积极的影响。拓扑控制算法常被分三种,一是平面型拓扑控制,通过对节点功率的调节保证网络质量;其次是层次型拓扑控制,通过骨干节点的选择优化网络性能;另外一种是启发机制,常与层次型拓扑机制结合使用。本文提出的QBL算法属于层次型拓扑控制的类型,主要目标是节约网络能量,延长网络生命,满足无线传感器网络的Qo S要求。本文首先阐述了WSN的发展历程、组成、体系结构、特点和应用领域,并介绍了无线传感器网络的Qo S体系及Qo S的保障技术;其次罗列了一些经典的拓扑控制算法,并对这些算法的特点和设计思路进行了分析;接着对LEACH算法进行了改进,并通过仿真实验对比了改进算法与LEACH算法。QBL算法的主要完成的工作为:(1)在选择簇头时,考虑了节点的剩余能量、与邻居节点的通信能耗、到基站的距离等因素,综合得出了竞选簇头的评判标准。(2)针对簇间多跳的LEACH算法容易造成“热区”问题,采用不均匀分簇的方法,使得距离基站较近的簇头成员数目较少,而距离基站较远的簇头成员数目则较多。(3)为了更进一步的节约能量,QBL算法在每个簇区挑选部分节点来完成监测任务,簇头在分配TDMA方案时,只为这些节点安排时隙,而其他节点在本轮中一直保持休眠。(4)在簇间通信时,QBL算法采用基于权重的最短路径方法,权重的计算结合了簇头的剩余能量及到基站的距离。最后总结了全文,指出了QBL算法的不足,并展望了未来的研究方向。
【关键词】：无线传感器网络 QoS 拓扑控制 分簇
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 第1章 绪论6-16
• 1.1 无线传感器网络的发展历程6-7
• 1.2 无线传感器网络概述7-11
• 1.2.1 网络的组成7-9
• 1.2.2 节点的硬件组成9
• 1.2.3 协议体系结构9-10
• 1.2.4 无线传感器网络的特点10-11
• 1.3 无线传感器网络的QoS11-14
• 1.3.1 无线传感器网络QoS概述11-12
• 1.3.2 QoS的性能指标及保障技术12-14
• 1.4 无线传感器网络的应用14-15
• 1.5 论文的主要研究内容和组织结构15-16
• 第2章 无线传感器网络拓扑控制的研究16-27
• 2.1 无线传感器网络拓扑控制的研究意义16-17
• 2.2 无线传感器网络拓扑控制的目标17
• 2.3 无线传感器网络拓扑控制算法的设计原则17-18
• 2.4 无线传感器网络拓扑控制算法研究现状18-26
• 2.4.1 平面型功率控制18-20
• 2.4.2 启发机制20-22
• 2.4.3 层次型拓扑控制22-26
• 2.5 小结26-27
• 第3章 基于QOS的拓扑控制算法27-48
• 3.1 LEACH算法分析研究27-29
• 3.1.1 算法过程27-28
• 3.1.2 算法分析28-29
• 3.2 论文采用的模型和假设29-30
• 3.2.1 能耗模型29-30
• 3.2.2 网络模型30
• 3.3 基于QoS的拓扑控制算法的设计思路30-43
• 3.3.1 网络初始化32-33
• 3.3.2 簇的形成33-39
• 3.3.3 簇内节点选择39-41
• 3.3.4 簇间通信41-43
• 3.4 基于QoS的拓扑控制算法的实现过程43-47
• 3.5 小结47-48
• 第4章 算法仿真与性能分析48-59
• 4.1 仿真工具选取48-49
• 4.2 仿真场景以及参数设置49-50
• 4.3 算法仿真分析50-58
• 4.3.1 分簇仿真分析50-53
• 4.3.2 网络生存时间分析53-54
• 4.3.3 网络能量消耗分析54-56
• 4.3.4 网络时延分析56-57
• 4.3.5 网络可靠性分析57-58
• 4.4 小结58-59
• 第5章 总结与展望59-61
• 5.1 总结59
• 5.2 展望59-61
• 参考文献61-65
• 攻读学位期间取得的研究成果65-66
• 致谢66-68
• 附件68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 郝晓辰;贾楠;王丽丽;刘彬;;一种能耗鲁棒性权衡的3D-WSN拓扑控制算法[J];电子与信息学报;2011年10期

2 杨永健;贾冰;王杰;;无线传感器网络中LEACH协议的改进[J];北京邮电大学学报;2013年01期

3 文浩;林闯;任丰原;周嘉;曾荣飞;;无线传感器网络的QoS体系结构[J];计算机学报;2009年03期

4 张权;王燕;韩海东;张志远;;物联网在海洋环境监测中的研究进展[J];海洋技术;2012年03期

5 陈雷;张广泉;戎玫;;异构传感器网络的一种可调节的拓扑控制算法[J];计算机研究与发展;2010年S2期

6 罗玉宏;王建新;黄家玮;陈松乔;;移动自组网基于能量效率的分布式拓扑控制算法[J];软件学报;2007年03期

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本文编号：758311