基于UAV动态特性限制的WSN分簇路由方法研究

发布时间：2017-08-31 23:34

  本文关键词：基于UAV动态特性限制的WSN分簇路由方法研究

  更多相关文章： UAV-WSN 动态特性限制 分簇 网络生存时间 信息采集率

【摘要】：上世纪90年代以来,无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)作为新兴领域不断发展,并随着电子器件的集成化,无线传感器的性能也有了很大的提高。总体来说,传感器节点能够感知外界环境,同时具有无线通信和运算等功能,具有体积小,能量有限,价格低廉等特点。目前越来越多的研究和应用使用无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)作为移动基站对WSN进行信息采集,这是因为UAV飞行时受地形的限制较小,同时可以执行危险性高的任务,更适用于情况复杂、环境危险的WSN应用中。UAV-WSN因为具有抗毁性强、安全易布设、成本低廉等特点,应用前景广泛。因此目前对UAV-WSN系统信息采集方面的研究主要集中在研究如何实现快速、高效、可靠通信的通信协议和使UAV飞行路径最短的路径规划问题。这些研究中也指出分簇路由在传感器网络的可扩展性和鲁棒性方面有很大优势,然而现有研究都是在理论研究层面,并没有考虑到UAV动态特性限制和信息采集特点对UAV航程和WSN路由的影响,因此存在簇头选举不能满足UAV飞行的动态特性限制的问题,容易导致在采集数据时UAV飞行路程过长、信息采集不完全等问题,同时也增加了采集难度。为了解决以上问题,本文设计提出了一种基于UAV动态特性限制的WSN分簇路由方法CR(WSN Clustering Routing Method Based on UAV Kinetic Constraints)。该方法根据UAV采集时停留在簇头节点通信范围时间短的特点,控制了成簇的大小,并能够根据UAV飞行特性调整簇头的选择,使得新的簇头形成的路径能够符合UAV动态特性限制,减少UAV在信息采集过程中因为目标节点在当前位置不可达区域而造成的绕行情况,使得UAV在有限的飞行能源的限制条件下能够顺利完成任务飞回终点。同时,达到均衡网络能量消耗,延长网络生存时间的目标。为了验证本文提出的基于UAV动态特性限制的分簇路由方法CR的性能表现,本文使用仿真工具对其在不同的参数条件下进行仿真分析,并与经典的分簇算法LEACH进行比较。其结果表明本文提出的基于UAV动态特性限制的分簇路由方法能够生成更符合UAV动态特性的簇头,使得UAV的航程减少到阈值以下,以保证任务的完成,同时与LEACH相比信息采集率提高42%,且与节点间能量差异减少了总能量的10%以上,达到了更高的网络能量消耗一致性,延长了网络生存时间。
【关键词】：UAV-WSN 动态特性限制 分簇 网络生存时间 信息采集率
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义10-12
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析12-16
• 1.3 主要研究内容16-18
• 1.3.1 UAV-WSN系统的体系结构16-17
• 1.3.2 分簇方法概述17
• 1.3.3 针对UAV-WSN系统特点设计的WSN分簇路由方法17
• 1.3.4 仿真分析17-18
• 1.4 论文结构18-19
• 第2章 UAV-WSN系统结构19-28
• 2.1 UAV-WSN系统的体系结构19-21
• 2.1.1 无线传感器节点结构19-20
• 2.1.2 UAV-WSN网络体系结构20-21
• 2.2 UAV-WSN系统的特点21-22
• 2.3 UAV-WSN系统的定义22-27
• 2.3.1 场景描述22
• 2.3.2 WSN模型22
• 2.3.3 传感器能量模型22-23
• 2.3.4 Dubins路径模型23-25
• 2.3.5 UAV飞行模型25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 分簇算法概述28-35
• 3.1 基于随机选举的分簇协议28-30
• 3.2 基于剩余能量的分簇协议30-32
• 3.3 基于地理位置的分簇协议32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 基于UAV动态特性限制的WSN分簇路由算法35-47
• 4.1 引言35
• 4.2 问题描述35-37
• 4.2.1 限制条件35-36
• 4.2.2 目标函数36-37
• 4.2.3 路径规划问题37
• 4.3 簇的生成与簇头选择37-45
• 4.3.1 簇的生成38-40
• 4.3.2 簇头预选40-41
• 4.3.3 UAV路径规划41-43
• 4.3.4 簇头调整43-45
• 4.4 算法性能分析45-46
• 4.5 本章小结46-47
• 第5章 算法实现及结果分析47-67
• 5.1 算法实现47-48
• 5.1.1 工具介绍47
• 5.1.2 场景设置47
• 5.1.3 参数设置47-48
• 5.2 仿真结果分析48-66
• 5.2.1 算法表现49-52
• 5.2.2 算法性能52-54
• 5.2.3 与LEACH算法的比较分析54-66
• 5.3 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-74
• 致谢74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 何延杰;李腊元;邢明彦;;WSN中一种能量均衡的分簇路由协议的设计[J];传感技术学报;2009年10期

2 田炜;杨震;;新的位置感知分簇算法[J];通信学报;2010年03期

，

本文编号：768615