基于网格能量均衡的WSN拓扑控制算法研究

发布时间：2020-06-18 10:19

【摘要】：无线传感器网络作为一种新型的信息网络,在环境的监测和预报、医疗护理、军事领域、智能家居等领域拥有特殊的作用和意义。但能耗不均衡造成WSN节点的提前死亡,缩短了 WSN的生命周期,制约了 WSN持久广泛的应用。因此,如何解决能耗不均衡的问题并延长网络生命周期是研究重点。本文的主要工作内容如下:(1)首先阐述了 WSN的研究背景、应用领域和网络结构,接着阐述了拓扑控制的研究现状和发展,并对LEACH算法的缺点进行分析,并阐述目前的LEACH算法、睡眠调度算法和拓扑维护的研究现状。(2)提出基于网格能量均衡的LEACH算法(LEACH based on Grid Energy Equalization,LEACH-GEE)。LEACH-GEE充分考虑节点剩余能量和距离的因素,通过在基站一定范围内的节点与基站直接通信的方式,让基站为节点分担能耗;并在簇内选取二级簇头为一级簇头分担能耗,做到平衡节点能量消耗。仿真证明此算法可以有效延长网络生命周期。(3)提出基于网格的分簇睡眠调度算法(Grid-based Clustering Sleep Scheduling Algorithm,GBCSSA)。GBCSSA将待检测区域分割成大小均等的网格,网格内的节点形成一个簇结构,并将节点到基站距离和剩余节点能量作为衡量标准选出簇头,然后簇头计算各个节点权值大小,权值大小由节点剩余能量、节点邻居结点数和整体节点的平均能量决定,每一轮都对权值最大的节点进行冗余判断,如果它符合标准,便进入休眠状态。仿真表明,此算法应用的网络节点密度越大,节能效果越好。(4)提出基于局部的可移动性拓扑维护算法(Local-based Mobility Topology Maintenance Algorithm,LBMTMA)。移动节点对重要节点实时监控,发现节点不适宜继续承担重要工作时便向该重要节点移动,提前修补网络。将此拓扑维护算法和前文提到的两种算法相结合,仿真表明此拓扑维护算法可以有效延长网络生命周期。
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【图文】：

系统模型图,系统模型,节点

２无线传感器网络拓扑控制技术逡逑２．１无线传感器网络结构逡逑图１是ＷＳＮ的构成简化图。逡逑互联网、卫星或逦ｄ逡逑移动通彳ｙ网＾邋｜＼逦／逦0逦＼逡逑“邋＼逦，邋ｒ邋°邋°邋°邋0邋ａ逡逑用户管理节点‘逦＼0邋＾邋＾逦＾邋ｊ逡逑图１邋ＷＳＮ系统模型逡逑Ｆｉｇ．ｌ邋Ｔｈｅ邋Ｓｙｓｔｅｍ邋Ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ＷＳＮ逡逑大量的传感器感知节点作为ＷＳＮ的子成员被随机部署在待测区域，节点开逡逑始工作对各项待测数据进行采集，与此同时，通过单跳、多跳协同的方式凭借己逡逑连接的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ或者卫星网络等其他通信网络将采集到的数据整合到ｓｉｎｋ节点，逡逑ｓｉｎｋ节点对采集到的数据进行传输、分析和解析，方便用户管理节点处观测到数逡逑据的变化趋势，当数据接近设定好的阈值时，发出警告并及时采取合理的措施，逡逑以上是ＷＳＮ的整体运作流程。逡逑构成ＷＳＮ的基本功能单元是各个传感器感知节点。ＷＳＮ中数据的采集和逡逑发送任务都是依赖传感器感知节点完成的，因此传感器感知节点是网络的核心内逡逑容。逡逑ＷＳＮ感知节点主要包括以下几个单元：传感单元（Ｓｅｎｓｉｎｇ邋Ｕｎｉｔ

能量消耗,节点,传感器

向下传送控制包到个别传感器节点，所以通信状态（信息发送状态加信息接收状逡逑态）是所有状态中消耗能量最高的，因此，通信能耗是国内外学者能量管理研究逡逑的重点。而且从图４中可以看到，空闲状态下的节点消耗能量和信息发送状态、逡逑信息接收状态的消耗能量基本持平，那么如果可以通过节点调度的方法将空闲状逡逑态的节点转换到睡眠状态，用最佳方案调整整个拓扑结构的丨：作机制（唤醒／睡逡逑眠）转换过程，对减少节点能量消耗有直接的积极作用，意识到这？点的学者们逡逑提出了睡眠节点调度的拓扑控制方法。逡逑睡眠节点调度算法十分适合被应用在ＷＳＮ检测长时间不变｛Ｉ邋Ｉ偶尔突变的情逡逑况，如山区火灾，在很长的时间里，山区温度都是在正常的丨Ｘ：间Ｍ随T间进行规逡逑律的变化，此时，就可以关掉部分节点。除此之外，睡眠节点调度算法还有广泛逡逑的应用，其中之一就是目标跟踪。在该应用中，用户仅对某个事件的发生感兴趣，逡逑例如在战斗中入侵者或敌方坦克的移动。具体而言，目标跟踪场景可被分为监视逡逑和跟踪的两个阶段。在监视状态期间

【参考文献】