WSN中一种改进GAF的能量有效路由算法研究
发布时间：2021-02-22 23:36
无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSN）是一种分布式传感网络。WSN中的传感器通过无线方式通信,因此网络设置灵活,设备位置可以随时更改,还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成一个多跳自组织网络。目前,无线传感器网络广泛地应用于国防军事、环境监测等行业中。根据WSN特点,WSN一般能够部署在环境比较恶劣的环境中,完成一般计算机网络无法胜任的应用。本文首先对WSN中的经典算法（LEACH算法与GAF算法）进行剖析,LEACH算法是一种以最小化传感器网络能量损耗为目的分层协议。该算法通过随机选择簇头节点,平摊网络中能量损耗,达到有效地利用能量进行数据收集的目标。GAF算法是一种利用节点地理位置进行分簇,并对节点选择性地进行休眠的路由算法。在GAF算法中,网络中的节点通过协商确定哪个节点激活、关闭、睡眠,节点通过变换角色平衡能量的消耗,利用这种方式,GAF算法延长了网络的寿命。但是GAF算法没有对簇头节点作出优化,这样容易导致某块区域内节点会提前死去。其次本文阐述了IGAF（一种改进后的GAF算法）,IGAF是一种基于距离跟能量综合进行选...
【文章来源】：湖南科技大学湖南省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无线传感器网络应用Figure1.1applicationofwirelesssensornetwork
第二章WSN相关概念-10-少走一些能量消耗大的路径。目前有3种方法：第一种方法用于自组网的无线传感器网络中，这种网络拓扑随机性很高。对于这种问题，该方法需要设计协议对拓扑进行维护，保障网络的畅通。第二种方法首要条件是节点必须拥有定位功能。在传感器节点定位出自己的坐标位置后，传感器根据所定位的坐标位置就可以构建一个路径能量扩展因子等于常数的传感器网络，并对整个网络进行优化。第三种解决方式基于传感节点本身的很多参数能够被检测到，利用这些参数计算出具有最小能耗的路径。与有线网络相比，传感器节点的位置经常变动，所以无线传感器网络应用的环境更为复杂，所以在不同网络拓扑结构的网络的生存时间也不相同。拓扑控制就是让传感器节点按照一定规则进行网络的组建。在一个无线传感器网络，要学会合理布置传感器节点，假如传感器节点部署得过于松散会导致无线传感网络的传输时间过长或者某块被监测的区域内不能被无线传感器所感知；假如传感器节点部署得过于密集就会导致某块区域被多个节点重复监测，导致节点使用浪费，不能达到一个最优的利用效率。对于上述的这些问题，科研工作者提出一系列算法，其目的是为了优化网络中整体能量利用率，进而提高网络中数据的传输的可靠性。2.2传感器网络中节点位置计算方法1.三边测量法如图2.1所示，三边测量法的基本前提条件是知道三个信标节点的坐标以及信标节点到未知节点之间的距离，如图2.2所示。其中，因为A，B，C三个节点是信标节点，所以就能够得知它们的坐标分别是11,yx，22,yx，33,yx，同时还能够获取到要求得的传感器节点到信标节点之间的距离是321,,ddd，假设未知节点D的坐标为yx,。图2.1三边测量Figure2.1threesidemeasurement
第二章WSN相关概念-12-图2.2三角测量法原理图Figure2.2schematicdiagramoftriangulation根据上述公式可以求出圆01011,yxO半径为1r，在同一个实验环境中，就可以通过A，B和ADB，以及B，C和BDC分别确定圆心02022,yxO以及03033,yxO，现在已经知道030330202201011OyxO，，,,,yyxOx以及对应圆的半径为321,,rrr，我们就可以利用上述所讲的三边测量法求出节点D的坐标。3．极大似然估计法极大似然估计法的原理是求解一个使得估计距离与测量距离之间的差值最小的点，同时就将该节点作为未知的节点的位置。如图2.3所示，参与未知节点定位的各个信标节点的坐标为niyxii2,1,。这种算法的基本思想是：一个节点能够获取很多信息以至于能组成一个由多个方程式组成的系统，该系统拥有唯一解的超限制条件或者限制条件。那么就能够同时定位路跨越多跳的一系列节点，它的估计位置就能够通过最小测量值间的误差以及残余项来获取，具体过程如下：已知n个节点的坐标为niyxii2,1,，它们到D点的距离分别是nidi2,1，假设D点的坐标为yx,那么存在下列关系：222212121nnndyyxxdyyxx(2-6)
本文编号：3046713
【文章来源】：湖南科技大学湖南省
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
无线传感器网络应用Figure1.1applicationofwirelesssensornetwork
第二章WSN相关概念-10-少走一些能量消耗大的路径。目前有3种方法：第一种方法用于自组网的无线传感器网络中，这种网络拓扑随机性很高。对于这种问题，该方法需要设计协议对拓扑进行维护，保障网络的畅通。第二种方法首要条件是节点必须拥有定位功能。在传感器节点定位出自己的坐标位置后，传感器根据所定位的坐标位置就可以构建一个路径能量扩展因子等于常数的传感器网络，并对整个网络进行优化。第三种解决方式基于传感节点本身的很多参数能够被检测到，利用这些参数计算出具有最小能耗的路径。与有线网络相比，传感器节点的位置经常变动，所以无线传感器网络应用的环境更为复杂，所以在不同网络拓扑结构的网络的生存时间也不相同。拓扑控制就是让传感器节点按照一定规则进行网络的组建。在一个无线传感器网络，要学会合理布置传感器节点，假如传感器节点部署得过于松散会导致无线传感网络的传输时间过长或者某块被监测的区域内不能被无线传感器所感知；假如传感器节点部署得过于密集就会导致某块区域被多个节点重复监测，导致节点使用浪费，不能达到一个最优的利用效率。对于上述的这些问题，科研工作者提出一系列算法，其目的是为了优化网络中整体能量利用率，进而提高网络中数据的传输的可靠性。2.2传感器网络中节点位置计算方法1.三边测量法如图2.1所示，三边测量法的基本前提条件是知道三个信标节点的坐标以及信标节点到未知节点之间的距离，如图2.2所示。其中，因为A，B，C三个节点是信标节点，所以就能够得知它们的坐标分别是11,yx，22,yx，33,yx，同时还能够获取到要求得的传感器节点到信标节点之间的距离是321,,ddd，假设未知节点D的坐标为yx,。图2.1三边测量Figure2.1threesidemeasurement
第二章WSN相关概念-12-图2.2三角测量法原理图Figure2.2schematicdiagramoftriangulation根据上述公式可以求出圆01011,yxO半径为1r，在同一个实验环境中，就可以通过A，B和ADB，以及B，C和BDC分别确定圆心02022,yxO以及03033,yxO，现在已经知道030330202201011OyxO，，,,,yyxOx以及对应圆的半径为321,,rrr，我们就可以利用上述所讲的三边测量法求出节点D的坐标。3．极大似然估计法极大似然估计法的原理是求解一个使得估计距离与测量距离之间的差值最小的点，同时就将该节点作为未知的节点的位置。如图2.3所示，参与未知节点定位的各个信标节点的坐标为niyxii2,1,。这种算法的基本思想是：一个节点能够获取很多信息以至于能组成一个由多个方程式组成的系统，该系统拥有唯一解的超限制条件或者限制条件。那么就能够同时定位路跨越多跳的一系列节点，它的估计位置就能够通过最小测量值间的误差以及残余项来获取，具体过程如下：已知n个节点的坐标为niyxii2,1,，它们到D点的距离分别是nidi2,1，假设D点的坐标为yx,那么存在下列关系：222212121nnndyyxxdyyxx(2-6)
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