三维水声传感器网络负载均衡策略与方法研究
发布时间：2021-06-30 12:11
作为陆地无线传感器网络的延伸,三维水下传感器网络因其在海洋领域的广泛应用引起了学术界的高度关注。考虑到三维水下环境的复杂性以及三维水下传感器节点间的通信方式与陆地无线传感器节点间通信方式的差异性,三维水下传感器网络与陆地无线传感器网络存在着很大差异。三维水下传感器网络具有先天的通信信道窄、数据传输慢、误码率高、数据传输延迟大等问题,并且恶劣的水下环境、传感器节点部署难度之大、待监测目标的动态性之强以及水下传感器网络的自组织性和可靠性弱等特点为三维水下传感器网络的研究带来的新的挑战。本文主要研究水下传感器节点的两种不同的部署策略以及对应部署策略下的数据路由算法以达到整个传感器网络负载均衡,延长网络寿命的目的。首先,本文提出了三维水下网络节点球体分层部署策略,并对球体均匀分层部署和非均匀分层部署进行网络负载均衡研究,提出了适用于球体非均匀分层部署策略的路由算法以达到整个网络的最佳负载均衡。其次,提出了在三维水下传感网络节点分层部署前提下中继节点轮换部署策略,并研究出在中继节点轮换和非轮换条件下达到网络负载均衡时各节点所需要满足的条件。理论上证明了中继节点轮换条件下更容易满足整个网络的负载均...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水下传感器节点均匀网格部署图
第3章基于节点非均匀部署负载均衡研究15图3-2传感器节点均匀球形部署模拟图图3-3传感器节点非均匀球形部署模拟图图3-4节点均匀球形部署结构图图3-5节点非均匀分层部署结构图图3-4,3-5分别表示传感器节点均匀球形部署和非均匀球形部署结构图。特殊中继节点（SRN）周围的节点通过单跳或者多跳的方式将自身感知的数据传送给SRN，然后SRN将收集到的数据转发给地方基站，地面基站再通过通信卫星将数据发送至数据处理中心进行数据处理，如图2-1所示。传感器节点均匀球形部署与非均匀分层部署的主要区别在于：前者节点均匀的部署在球形区域内，外层的节点将感知的数据向球心方向转发，那么这会造成距离球心比较近的节点需要中继距离球心比较远的节点传递的数据，会导致离球心比较近的节点快速消耗其装配的能量，造成网络覆盖空洞的现象，因此会使整个传感器网络停止工作。当网络停止工作后，离SRN较远的节点还拥有相当多的能量，这样会导致节点能量的大量浪费。后者的非均匀分层部署就能避免网络覆盖空洞的现象发生。非均匀分层部署是指根据网路规模以及网络层数来决定在每一层上部署不同数量的传感器节点，在内层（离SRN较近网络层）中部署较多的传感器节点以缓解内层节点中继外层节点数据的压力，外层部署相对少量的传感器节点，因为它们不需要或需要少量的转发数据，转发数据的压力较小，消耗能量的速度相对较慢，从而实现能量效率最大化，延长网络寿命。ORSRNSpecialRelayNodeOrdinaryNodeRoutingPathxyzVdxdydzinOSpecialRelayNodeOrdinaryNodeRoutingPathxyzBoundaryofadjacentAGR
第3章基于节点非均匀部署负载均衡研究15图3-2传感器节点均匀球形部署模拟图图3-3传感器节点非均匀球形部署模拟图图3-4节点均匀球形部署结构图图3-5节点非均匀分层部署结构图图3-4,3-5分别表示传感器节点均匀球形部署和非均匀球形部署结构图。特殊中继节点（SRN）周围的节点通过单跳或者多跳的方式将自身感知的数据传送给SRN，然后SRN将收集到的数据转发给地方基站，地面基站再通过通信卫星将数据发送至数据处理中心进行数据处理，如图2-1所示。传感器节点均匀球形部署与非均匀分层部署的主要区别在于：前者节点均匀的部署在球形区域内，外层的节点将感知的数据向球心方向转发，那么这会造成距离球心比较近的节点需要中继距离球心比较远的节点传递的数据，会导致离球心比较近的节点快速消耗其装配的能量，造成网络覆盖空洞的现象，因此会使整个传感器网络停止工作。当网络停止工作后，离SRN较远的节点还拥有相当多的能量，这样会导致节点能量的大量浪费。后者的非均匀分层部署就能避免网络覆盖空洞的现象发生。非均匀分层部署是指根据网路规模以及网络层数来决定在每一层上部署不同数量的传感器节点，在内层（离SRN较近网络层）中部署较多的传感器节点以缓解内层节点中继外层节点数据的压力，外层部署相对少量的传感器节点，因为它们不需要或需要少量的转发数据，转发数据的压力较小，消耗能量的速度相对较慢，从而实现能量效率最大化，延长网络寿命。ORSRNSpecialRelayNodeOrdinaryNodeRoutingPathxyzVdxdydzinOSpecialRelayNodeOrdinaryNodeRoutingPathxyzBoundaryofadjacentAGR
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下无线传感器网络的研究进展[J]. 郭忠文,罗汉江,洪锋,杨猛,倪明选. 计算机研究与发展. 2010(03)
[2]水下移动无线传感器网络研究综述[J]. 吕超,王硕,谭民. 控制与决策. 2009(06)
[3]无线传感器网络研究进展[J]. 崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,刘巍,赵泽. 计算机研究与发展. 2005(01)
博士论文
[1]无线传感器网络能耗平衡策略研究[D]. 张婧.吉林大学 2015
硕士论文
[1]水下无线传感器网络节点部署研究[D]. 汪辉.浙江大学 2016
本文编号：3257720
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
水下传感器节点均匀网格部署图
第3章基于节点非均匀部署负载均衡研究15图3-2传感器节点均匀球形部署模拟图图3-3传感器节点非均匀球形部署模拟图图3-4节点均匀球形部署结构图图3-5节点非均匀分层部署结构图图3-4,3-5分别表示传感器节点均匀球形部署和非均匀球形部署结构图。特殊中继节点（SRN）周围的节点通过单跳或者多跳的方式将自身感知的数据传送给SRN，然后SRN将收集到的数据转发给地方基站，地面基站再通过通信卫星将数据发送至数据处理中心进行数据处理，如图2-1所示。传感器节点均匀球形部署与非均匀分层部署的主要区别在于：前者节点均匀的部署在球形区域内，外层的节点将感知的数据向球心方向转发，那么这会造成距离球心比较近的节点需要中继距离球心比较远的节点传递的数据，会导致离球心比较近的节点快速消耗其装配的能量，造成网络覆盖空洞的现象，因此会使整个传感器网络停止工作。当网络停止工作后，离SRN较远的节点还拥有相当多的能量，这样会导致节点能量的大量浪费。后者的非均匀分层部署就能避免网络覆盖空洞的现象发生。非均匀分层部署是指根据网路规模以及网络层数来决定在每一层上部署不同数量的传感器节点，在内层（离SRN较近网络层）中部署较多的传感器节点以缓解内层节点中继外层节点数据的压力，外层部署相对少量的传感器节点，因为它们不需要或需要少量的转发数据，转发数据的压力较小，消耗能量的速度相对较慢，从而实现能量效率最大化，延长网络寿命。ORSRNSpecialRelayNodeOrdinaryNodeRoutingPathxyzVdxdydzinOSpecialRelayNodeOrdinaryNodeRoutingPathxyzBoundaryofadjacentAGR
第3章基于节点非均匀部署负载均衡研究15图3-2传感器节点均匀球形部署模拟图图3-3传感器节点非均匀球形部署模拟图图3-4节点均匀球形部署结构图图3-5节点非均匀分层部署结构图图3-4,3-5分别表示传感器节点均匀球形部署和非均匀球形部署结构图。特殊中继节点（SRN）周围的节点通过单跳或者多跳的方式将自身感知的数据传送给SRN，然后SRN将收集到的数据转发给地方基站，地面基站再通过通信卫星将数据发送至数据处理中心进行数据处理，如图2-1所示。传感器节点均匀球形部署与非均匀分层部署的主要区别在于：前者节点均匀的部署在球形区域内，外层的节点将感知的数据向球心方向转发，那么这会造成距离球心比较近的节点需要中继距离球心比较远的节点传递的数据，会导致离球心比较近的节点快速消耗其装配的能量，造成网络覆盖空洞的现象，因此会使整个传感器网络停止工作。当网络停止工作后，离SRN较远的节点还拥有相当多的能量，这样会导致节点能量的大量浪费。后者的非均匀分层部署就能避免网络覆盖空洞的现象发生。非均匀分层部署是指根据网路规模以及网络层数来决定在每一层上部署不同数量的传感器节点，在内层（离SRN较近网络层）中部署较多的传感器节点以缓解内层节点中继外层节点数据的压力，外层部署相对少量的传感器节点，因为它们不需要或需要少量的转发数据，转发数据的压力较小，消耗能量的速度相对较慢，从而实现能量效率最大化，延长网络寿命。ORSRNSpecialRelayNodeOrdinaryNodeRoutingPathxyzVdxdydzinOSpecialRelayNodeOrdinaryNodeRoutingPathxyzBoundaryofadjacentAGR
【参考文献】：
期刊论文
[1]水下无线传感器网络的研究进展[J]. 郭忠文,罗汉江,洪锋,杨猛,倪明选. 计算机研究与发展. 2010(03)
[2]水下移动无线传感器网络研究综述[J]. 吕超,王硕,谭民. 控制与决策. 2009(06)
[3]无线传感器网络研究进展[J]. 崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,刘巍,赵泽. 计算机研究与发展. 2005(01)
博士论文
[1]无线传感器网络能耗平衡策略研究[D]. 张婧.吉林大学 2015
硕士论文
[1]水下无线传感器网络节点部署研究[D]. 汪辉.浙江大学 2016
本文编号：3257720
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