基于局部能量和距离的无线光传感器网络分簇算法研究

发布时间：2020-10-12 15:22

　　 随着无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)的广泛应用,以及自由空间光通信(Free Space Optical,FSO)带宽高、容量大、安全性好等优势的凸显,使得兼具两者优势的无线光传感器网络(Free Space Optical Sensor Network,FSOSN)迅速发展,并引起越来越多学者的关注。与WSN相似,无线光传感器节点具有有限的能量、处理能力以及存储空间等,因此提高节点的能量利用率,尽可能地延长网络生存时间是FSOSN研究的重要方向。分簇算法是其中一项重要的节能技术。簇头节点对簇成员节点发送的数据进行融合处理后通过单跳或者多跳的方式将数据发送到基站,从而有效减少能量消耗。LEACH协议是一种典型的分簇算法协议,可以有效减少数据传输过程中的能量消耗,但是该协议存在一些缺陷,如:簇头节点随机选取;簇头节点选举过程成不考虑节点能量和分布位置的影响等。本文针对LEACH协议的不足,在WSN技术的基础上,结合全向智能天线和无线光传感器节点的能量消耗模型,分别针对单跳结构和多跳结构的FSOSN进行了深入研究。在单跳结构的FSOSN中,簇头节点将融合后的数据直接交付给基站,但是长距离传输将造成较大的能量消耗,使得距离基站较远的簇头节点因长距离传输而提前耗尽能量,从而导致网络无法连通,监测区域无法覆盖。在多跳结构的FSOSN中,簇头节点以协作的方式通过多跳传输完成与基站之间的通信,这一通信方式使得距离基站较近的节点因承担过多的负载而能耗过快。本文结合LEACH协议,针对两种拓扑结构,提出了相应的基于节点局部能量和距离的分簇算法——LEDBCA(Local Energy and Distance Based Clustering Algorithm)。在簇头节点的选举过程中重点考虑了节点局部能量和距离基站的远近,对阈值公式进行改进,此外,根据节点的能量消耗模型和所处位置,计算出使得网络局部能量消耗最少的簇半径,以均衡网络中的能量消耗。最后,通过MATLAB仿真软件,对两种网络环境下的LEDBCA进行仿真分析。结果表明,同LEACH协议相比,不同网络结构下相应的LEDBCA均减少了网络能量消耗、增加了网络接收到的数据包数目、延长了网络生存时间。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TN929.1;TP212.9
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 论文的主要研究内容
    1.4 论文结构与章节安排
第二章 自由空间光通信的关键技术
    2.1 FSO全向智能天线
    2.2 APT技术
    2.3 FSO通信信道特性分析
        2.3.1 大气衰减效应
        2.3.2 大气湍流效应
    2.4 本章小结
第三章 无线传感器网络拓扑结构和分簇算法
    3.1 无线传感器网络系统结构
    3.2 无线传感器网络的特点
        3.2.1 WSN协议栈模型
        3.2.2 WSN的基本特点
    3.3 无线传感器网络拓扑结构
        3.3.1 平面结构
        3.3.2 分层结构
    3.4 无线传感器网络中典型的分簇算法协议
        3.4.1 LEACH协议
        3.4.2 HEED协议
        3.4.3 TEEN协议
        3.4.4 PEGASIS协议
    3.5 本章小结
第四章 FSOSN中基于局部能量和距离的单跳分簇算法
    4.1 问题描述
    4.2 FSOSN单跳结构模型
    4.3 能量模型
    4.4 单跳结构FSOSN的LEDBCA
        4.4.1 算法思想
        4.4.2 簇半径计算
        4.4.3 簇建立阶段
        4.4.4 数据稳定传输阶段
    4.5 算法仿真与分析
        4.5.1 仿真参数设定
        4.5.2 场景仿真和分析
    4.6 本章小结
第五章 FSOSN中基于局部能量和距离的多跳分簇算法
    5.1 问题描述
    5.2 FSOSN多跳结构模型
    5.3 能量模型
    5.4 多跳结构FSOSN的LEDBCA
        5.4.1 算法思想
        5.4.2 簇半径计算
        5.4.3 簇建立阶段
        5.4.4 数据稳定传输阶段
    5.5 算法仿真分析
        5.5.1 仿真参数设定
        5.5.2 场景仿真和分析
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简介

【参考文献】

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1 李菲;吴毅;侯再红;;湍流大气光通信系统误码率分析与实验研究[J];光学学报;2012年06期

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3 史明岳;能量有效的无线传感器网络覆盖优化研究[D];江苏科技大学;2012年

4 黄小燕;无线传感器网络中基于分簇的多路径路由算法研究[D];华中师范大学;2009年

5 张杰;无线大气激光通信损耗特性研究[D];东南大学;2004年

本文编号：2837951