基于MIMO的无线传感器网络中的数据采集算法研究

发布时间：2017-05-05 22:13

  本文关键词：基于MIMO的无线传感器网络中的数据采集算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感器网络(WSN,Wireless Sensor Networks)是一种多跳的自组织网络,是由部署在一定范围内的大量价格低廉、功耗较小和具有一定感知能力的传感器节点组成的,被认为是二十一世纪十大新技术之一。最近几年,无线传感器网络在环境预测和保护、医疗护理、军事领域和智能家居等很多方面都有着广泛的应用。无线传感器网络的节点能量一般情况下都是由电池提供,而电池存储的电量比较少,并且WSN的节点部署的地方一般情况下不方便到达,使得人们难以对传感器节点进行能量的补充或更换电池,因此,如何很好地解决WSN的能量消耗问题,延长网络的生存时间成为无线传感器网络的重点研究对象。针对该问题,研究者们提出了很多的解决办法,其中多输入多输出(MIMO)便是其中之一,也就是协作MIMO。研究证明,把MIMO应用到WSN中可以减少网络的能耗,延长网络的生存时间。本文针对无线传感器网络中的节能问题,深入研究了网络的能耗模型和分簇路由算法,并对分簇路由算法存在的一些问题提出了改进的办法。本文主要做了以下研究:1.本文对WSN和MIMO技术的相关基础知识进行了概述,分析了LEACH算法和TEEN算法。针对TEEN算法在选取簇首节点时存在的一些缺点,提出了一种结合最优簇首数和节点剩余能量的方法来计算阈值,进行簇首节点的选取。在TEEN算法中,簇首节点在选取的时候具有一定的随机性,其结果就是当一些能量比较低的节点被选为簇首节点时,由于簇首节点能耗比一般节点较大这一特性,会使该节点提前死亡。本文提出了一种改进的TEEN分簇算法。2.在TEEN路由算法中,簇首节点与汇聚节点之间的通信方式是采用单跳的方式,单跳的方式在通信距离较远时消耗能量较大,针对这种情况,提出一种多跳的路由算法,该方法可以有效地均衡网络负载,减少能耗。通过MATLAB软件进行模拟,与原有TEEN算法相比,新的算法克服了簇首节点选取的随机性,使网络具有更好的均衡性,降低了网络能耗,延长了网络的生存时间。最后针对TEEN中设置的软硬阈值问题,提出了加入计时器使得系统可以应用在具有周期性数据采集系统中。
【关键词】：无线传感器网络 协作MIMO TEEN算法 簇首节点
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.3;TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 课题研究背景9
• 1.2 研究目的和意义9-10
• 1.2.1 课题研究的目的9-10
• 1.2.2 课题研究的意义10
• 1.3 研究现状10-11
• 1.4 课题研究的主要内容及论文结构11-13
• 2 无线传感器网络及MIMO技术综述13-28
• 2.1 无线传感器网络介绍13-20
• 2.1.1 无线传感器网络的概念13-15
• 2.1.2 无线传感器网络的特征15-17
• 2.1.3 无线传感器网络结构17-18
• 2.1.4 无线传感器网络的应用18-20
• 2.2 MIMO技术概述20-23
• 2.2.1 MIMO技术基本原理20-22
• 2.2.2 MIMO系统的特点22-23
• 2.3 MIMO技术在无线传感器网络中的应用23
• 2.4 WSN中引入MIMO技术的必要性23-27
• 2.4.1 MIMO通信的能耗分析23-26
• 2.4.2 实验仿真26-27
• 2.5 小结27-28
• 3 无线传感器网络中的分簇路由算法研究28-39
• 3.1 传感器网络路由算法28-29
• 3.1.1 算法的特点和设计目标28-29
• 3.1.2 路由算法的分类29
• 3.2 分簇路由算法LEACH概述29-33
• 3.2.1 LEACH算法介绍29-31
• 3.2.2 LEACH算法的优缺点31-33
• 3.3 改进的分簇路由算法TEEN33-36
• 3.3.1 TEEN算法描述33-34
• 3.3.2 TEEN算法能耗分析34-36
• 3.4 实验仿真及分析36-38
• 3.5 小结38-39
• 4 基于MIMO的WSN中的数据采集算法研究39-48
• 4.1 对TEEN算法改进的探讨39-41
• 4.1.1 最优簇首数的选取39
• 4.1.2 簇首节点选择39-40
• 4.1.3 簇间多跳路径的建立40
• 4.1.4 数据的周期性采集40-41
• 4.2 TEEN算法的改进41-44
• 4.2.1 最优簇首数41-43
• 4.2.2 基于能量的簇首选择43-44
• 4.2.3 簇间多跳路由算法44
• 4.3 数据的周期性采集算法44-47
• 4.4 小结47-48
• 5 仿真分析48-53
• 5.1 仿真参数设置48
• 5.2 仿真结果及分析48-52
• 5.3 小结52-53
• 总结与展望53-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-59
• 攻读学位期间的研究成果59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李海威;;无线传感器网络数据采集系统设计[J];电子技术与软件工程;2016年08期

2 王军;孙健程;;基于LEACH的WSN路由协议的研究与改进[J];沈阳化工大学学报;2015年04期

3 郑磊;;基于能量平衡的WSN簇头选择机制[J];电脑知识与技术;2014年25期

4 曹惠茹;张晓军;陈放;;基于双频无线传感器网络汇聚节点设计[J];仪表技术与传感器;2014年03期

5 张俊涛;李媛;陈晓莉;;基于TEEN路由协议的改进型数据融合算法[J];陕西科技大学学报(自然科学版);2013年04期

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7 许庆婷;杨鹏;;基于WSN的直流屏蓄电池状态传感器节点设计与实现[J];工业控制计算机;2013年03期

8 潘中强;刘亮亮;张东;;基于非均匀分簇的能耗高效WSN路由协议[J];微电子学与计算机;2012年01期

9 胡爱娜;蔡晓艳;;WSN在配电房环境安全监控中的应用[J];山东轻工业学院学报(自然科学版);2011年04期

10 刘宁;;无线传感器网络热点的研究[J];电脑开发与应用;2011年09期

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1 秦永明;结合协作MIMO的分簇无线传感器网络节能技术研究[D];广西大学;2012年

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本文编号：347182