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基于多层的无线传感器网络分簇算法研究

作　者: 王秀花
导　师: 赵学锋
学　校: 西北师范大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 无线传感器网络 分层分簇 能量有效 网络生存时间 节点分布
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 27次
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内容摘要


无线传感器网络是由大量随机部署在监测区域的微小传感器节点通过无线通信、自组织方式构成的分布式网络系统，用于对人类无法到达的区域或环境进行监测，并将采集的信息传送给远方的基站，由监测者根据得到的信息进行分析，从而了解监测区域或环境的情况。无线传感器网络在科研、民用和军事等领域都有着广泛的应用前景。无线传感器网络具有节点能量有限、不能补充的特点，使得高效地利用节点能量、延长生命周期成为无线传感器研究的重要目标。目前应用于无线传感器网络的路由协议分为平面路由协议和层次路由协议。本文分析了两类路由协议中的几种典型协议的特点，针对这些协议的不足之处，在HEED算法基础上提出了一种基于多层的无线传感器网络分簇算法（HCRA）。HCRA算法是针对HEED算法中所有簇头节点均要与基站直接通信而造成能量快速消耗的问题提出的。HCRA算法在HEED算法的基础上，整合多层分簇的思想，通过在网络拓扑的底层构建多个簇头节点的簇集合、在拓扑的顶层构建多跳转发机制。HCRA算法综合考虑节点与基站的距离及节点自身剩余能量两种因素，通过对整个区域进行多层分簇划分，缩短通信距离，减少了数据能量消耗，而且在簇头选择同时考虑节点剩余能量和通信代价，从而延长了网络生命周期。本文对HCRA算法和HEED算法进行了模拟仿真实验，实验结果表明，HCRA算法和HEED算法相比具有更好的性能，在节点能量消耗和网络生存时间方面较已有的算法有较大的提高。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 绪论  8-11
  1.1 研究的背景和意义  8-9
  1.2 无线传感器网络分簇算法的研究现状  9
  1.3 论文的主要工作  9-10
  1.4 论文结构安排  10-11
第二章 无线传感器网络概述  11-21
  2.1 无线传感器网络的结构  11-12
  2.2 无线传感器网络的特点及挑战  12-15
    2.2.1 与传统无线网络的区别  12-13
    2.2.2 无线传感器网络的特点  13-14
    2.2.3 无线传感器网络的挑战  14-15
  2.3 无线传感器网络的性能评价  15-16
  2.4 无线传感器网络的关键技术  16-20
    2.4.1 网络拓扑控制  16
    2.4.2 时间同步  16-17
    2.4.3 定位技术  17-18
    2.4.4 网络安全  18
    2.4.5 能量控制  18-19
    2.4.6 数据融合  19
    2.4.7 数据管理  19-20
  2.5 本章小结  20-21
第三章 无线传感器网络路由协议研究  21-30
  3.1 无线传感网络路由协议的特点  21-22
  3.2 平面路由协议  22-25
    3.2.1 洪泛式路由协议  22-23
    3.2.2 SPIN 协议  23-24
    3.2.3 SAR 协议  24
    3.2.4 定向扩散协议  24-25
  3.3 层次路由协议  25-29
    3.3.1 LEACH 协议  26-27
    3.3.2 TEEN 协议  27-28
    3.3.3 PEGASIS 协议  28-29
    3.3.4 HEED 协议  29
  3.4 本章小结  29-30
第四章 基于多层的无线传感器网络分簇算法及分析  30-43
  4.1 基本思想  30
  4.2 系统模型  30-32
    4.2.1 基本概念  30-31
    4.2.2 前提条件  31
    4.2.3 能量模型  31-32
  4.3 基于多层的无线传感器网络分簇过程  32-36
    4.3.1 簇头建立阶段  32-33
    4.3.2 数据传输阶段  33-34
    4.3.3 算法描述  34-36
  4.4 HCRA 算法分析  36-37
  4.5 HCRA 簇头分析  37-38
  4.6 仿真实验  38-41
    4.6.1 网络生命的仿真  39-40
    4.6.2 簇建立时间间隔  40-41
    4.6.3 能量效率  41
  4.7 本章小结  41-43
第五章 总结及展望  43-44
参考文献  44-48
致谢  48-49
附录：攻读硕士学位期间学术成果  49

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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