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无线传感网络层次型拓扑控制应用研究

作　者: 张贤涛
导　师: 朱正礼
学　校: 南京林业大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络 拓扑控制 微粒群算法 K-means聚类 割点
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着计算机网络通信技术、微电子技术和传感器技术的日益进步,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)应运而生。但是传感器节点自身的能量、运算和通信能力有限,如何使无线传感网络稳定、高效地收集监测信息并传输至基站成为非常关键的问题。从国内外的研究现状看,许多学者在无线传感器网络的拓扑控制方面做了大量工作,并取得了一定的成果,但是仍然存在一些问题有待解决。研究发现,基于“簇”的层次型拓扑控制算法在平衡无线传感网络能量和提高带宽方面是高效的,但网络经过一段时间的运行之后,很难平衡所有节点的剩余能量。同时由于传感器节点常被部署在恶劣的环境条件下,节点比较容易被损坏,加之节点自身能量有限,无线传感网络拓扑结构的稳定性受到较大的威胁。本文分析了多种无线传感网络拓扑控制算法,针对算法在分簇过程中的不足之处,提出了基于微粒群算法的ARWPSO-C层次型拓扑分簇优化算法。同时提出了一种基于聚类的无线传感网络移动节点部署方案,使网络具备了较好的自修复功能。主要工作如下：1)对如何确定“簇”的数量进行了研究,综合考虑了节点剩余能量的均衡程度、簇首与基站的距离,提出了基于自适应随机惯性权重PSO的分簇算法(ARWPSO-C),通过仿真实验,结果表明与经典LEACH算法和HEED算法相比,运行ARWPSO-C算法较好地平衡了网络节点能量负载,延长了无线传感网络生命同期,显示了算法在延长网络生命期方面的有效性。2)针对失效节点引起无线传感器网络监测性能下降的问题,提出了一种基于聚类和无线传感器网络异构的移动节点部署方案。在无线传感网络完成固定节点部署的基础上,重点考虑固定节点分布不均的情况,引入k-means聚类算法的思想,同时根据网络拓扑结构中处于割点位置节点的重要性,有效确定了该部署策略中移动节点的数量和初始位置,实验结果表明,该部署方案可利用较少数量的移动节点有效提高网络的稳定性。

全文目录


致谢  3-4
摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 选题背景  9
  1.2 课题研究目的和意义  9-11
  1.3 研究现状  11-13
    1.3.1 无线传感网络在不同领域的研究现状  11-12
    1.3.2 拓扑控制的研究现状  12-13
  1.4 本文的研究工作及结构安排  13-15
    1.4.1 主要工作  13-14
    1.4.2 结构安排  14-15
第二章 WSN拓扑结构控制算法分析  15-30
  2.1 无线传感网络的特点及结构  15-18
    2.1.1 无线传感网络结构  15-16
    2.1.2 无线传感网络协议框架  16-17
    2.1.3 无线传感网络关键技术  17-18
  2.2 无线传感网络拓扑控制算法比较分析  18-29
    2.2.1 无线传感网络的拓扑环境  18-20
    2.2.2 无线传感网络拓扑控制性能评价  20-21
    2.2.3 现有的拓扑控制机制  21-28
    2.2.4 现有算法的问题与改进方向  28-29
  2.3 本章小结  29-30
第三章 基于自适应随机惯性权重PSO算法的WSN分簇策略  30-44
  3.1 层次型拓扑控制的分簇问题  30-31
  3.2 基于PSO的分簇算法  31-33
  3.3 基于自适应随机惯性权重PSO的簇首选举算法  33-38
    3.3.1 网络模型  33-34
    3.3.2 能量模型  34-35
    3.3.3 分簇数量的确定  35-36
    3.3.4 ARWPSO-C分簇算法  36-38
  3.4 仿真实验  38-43
    3.4.1 仿真环境及参数设置  39-40
    3.4.2 仿真结果  40-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章 基于图论及聚类算法的WSN移动节点部署策略  44-53
  4.1 网络模型及问题描述  44-47
    4.1.1 无线传感网络模型建立  44-46
    4.1.2 问题描述  46-47
  4.2 基于聚类的移动节点的部署策略  47-49
    4.2.1 基于K-means聚类的移动节点数量和初始位置确定  47-49
    4.2.2 基于割点理论移动点最终个数与位置确定  49
  4.3 仿真实验  49-52
  4.4 本章小结  52-53
第五章 总结与展望  53-55
  5.1 工作总结  53
  5.2 工作展望  53-55
参考文献  55-59
发表论文与参与课题  59-60
  一、发表论文  59
  二、参与课题  59-60
详细摘要  60-61
ABSTRACT  61-62

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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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