无线传感器网络时间同步分簇算法的研究

发布时间：2017-07-07 21:21

  本文关键词：无线传感器网络时间同步分簇算法的研究

  更多相关文章： WSN 分簇 时间同步 能量消耗 DLEACH

【摘要】：随着无线通信技术、现代网络技术和传感器技术的快速发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)在实际应用中保持着高速增长的趋势。当执行数据融合、定位、安全以及跟踪协议等基本操作时需要在消息上打上时间戳,因而时间同步对WSN非常重要。由于无线传感器网络的特性和节点自身体积、价格和能量的局限性,导致互联网中应用成熟的NTP时间同步机制和GPS同步机制不能直接应用于现有WSN中。因此,本文综合考虑同步精度和能耗的要求,提出WSN时间同步分簇型算法。论文的主要工作和创新点如下:1.以降低能耗和延长无线传感器网络的存活时间为目的,本文采用节点分簇的思想,同时考虑到LEACH算法中存在的不足,提出了一种基于LEACH算法改进的双簇首算法DLEACH。在该算法中,进行融合簇首节点和转发簇首节点的分别选举。对融合簇首节点选择的阈值进行合理的优化,以便使得剩余能量较高,簇首节点与簇内成员节点距离较短,周围节点密集程度越高的节点能够获选;转发簇首节点将剩余能量、转发簇首与参考节点的距离纳入择选标准,利用Dijkstra最短路径算法求出从转发簇首节点到基站的最佳路径。优化节点间的网络结构,提高整个无线传感器网络的能量利用率,更加高效的进行时间同步。2.考虑到节点能量受限,为了提高时间同步的精度,提出了一种新型的混合时间同步机制。在参考节点与转发簇首节点之间的时间同步中采用轻量型时间同步机制;而融合簇首节点与转发簇首节点之间采用改进的双向时间同步机制;融合簇首节点与簇内成员节点之间,由于节点之间的距离比较小,因而采用改进的加时标广播同步机制,实现全网络高精度的时间同步。3.以MATLAB为仿真工具,对本文提出的改进的分簇性算法和混合时间同步机制进行仿真分析。与经典时间同步算法进行对比,该算法在能量消耗、同步精度和存活时间上得到明显改善。
【关键词】：WSN 分簇 时间同步 能量消耗 DLEACH
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究意义10-11
• 1.3 相关研究现状11-13
• 1.4 主要研究内容及结构安排13-15
• 第二章 无线传感器网络时间同步相关理论概述15-31
• 2.1 WSN结构和特征15-19
• 2.1.1 WSN的体系结构15-18
• 2.1.2 WSN的特征18-19
• 2.2 时间同步分簇算法类别19-22
• 2.2.1 集中式与分布式算法19-20
• 2.2.2 地理位置相关与无关算法20-21
• 2.2.3 单层与多层算法21-22
• 2.2.4 单跳与多跳算法22
• 2.3 WSN路由协议22-27
• 2.3.1 WSN层次型路由协议22-26
• 2.3.2 WSN平面型路由协议26-27
• 2.4 WSN时间同步协议的评价标准27-29
• 2.5 本章小结29-31
• 第三章 基于分簇的WSN时间同步算法DLEACH31-47
• 3.1 DLEACH算法的网络模型分析31-32
• 3.1.1 WSN节点能耗模型的分析31-32
• 3.1.2 DLEACH算法分簇结构基本设置32
• 3.2 DLEACH算法的分簇网络拓扑结构设计32-38
• 3.2.1 LEACH分簇算法分析32-34
• 3.2.2 DLEACH改进分簇算法的设计34-38
• 3.3 DLEACH算法全网时间同步过程设计38-45
• 3.3.1 参考节点与转发簇首的时间同步38-40
• 3.3.2 转发簇首与融合簇首的时间同步40-42
• 3.3.3 簇首与簇内节点的时间同步42-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第四章 DLEACH算法分析与仿真47-59
• 4.147-50
• 4.1.1 同步能耗分析47-48
• 4.1.2 同步精度分析48-50
• 4.2 DLEACH算法仿真分析50-58
• 4.2.1 分簇网络拓扑结构的仿真分析51-53
• 4.2.2 剩余节点数与能耗仿真分析53-55
• 4.2.3 时间分组交换量仿真分析55-56
• 4.2.4 时间同步误差分析56-58
• 4.3 本章小结58-59
• 总结与展望59-61
• 总结59-60
• 展望60-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士期间取得的成果65-66
• 致谢66

【参考文献】

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本文编号：531886