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分簇无线传感器网络寿命与能量空洞的理论分析

作 者: NURUDEEN; MOHAMMED(鲁瑞)
导 师: 刘安丰
学 校: 中南大学
专 业: 计算机科学与技术
关键词: 无线传感器网络 网络寿命 能源孔 簇半径 性能优化
分类号: TN929.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 3次
引 用: 0次
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内容摘要


无线传感器网络经常按照丛集式部署,这种铺设方案具有通信效率高和扩展性强等优点。然而,由于丛集部署的协议复杂度高,其理论分析和优化改进仍然是一个难题。本文主要对比研究了四种不同协议下的性能表现,它们分别是LEACH(低能量自适应分簇路由协议)、MLEACH(多反射自适应分簇路由协议)、HEED(混合节能分布分簇路由协议)和UCR(非均等集群分簇路由协议)。本文是第一次讨论关于第一个节点死亡时间(FDT)和所有节点死亡时间(ADT)的最大化问题,同时也探讨了使得网络寿命最长的相关参数的优化问题,运用相关数学理论和方法分析不同区域的节点的能量消耗情况。本文推导出了使得网络寿命最长的相关参数的最优值和不同区域的节点的能量消耗分布情况。此外,我们还建立了时间和空间的演化网络,从一个稳定状态(没有任何死亡)到一个不稳定状态(有一些死亡的节点)和最后的死亡状态(所有节点模)。通过此模型能够确定在给定的任一时间和位置处的网络运行状态。。为了检验结果的准确性,通过OMnet++平台,做了大量的仿真实验。结果表明,理论分析与实验测试的结果误差在允许的范围内。因此,我们有很大的把握认为结论是正确的,是能够用来指导网络传感器的部署和优化丛集式网络的。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
TABLE OF CONTENTS  8-10
LIST OF FIGURES  10-12
LIST OF TABLES  12-13
CHAPTER ONE:INTRODUCTION  13-21
  1.1 Research Background and Significance  13-16
  1.2 Problem Statement  16
  1.3 Related Work on Network Life and Energy HOle  16-20
  1.4 Organization of the Thesis  20-21
CHAPTER 2:NETWORK MODEL,ENERGY MODEL AND DATA COLLECTION MODE OFCLUSTER BASED NETWORK  21-26
  2.1 Network Model  21-22
  2.2 Energy Consumption Model and Related Definitions  22-24
  2.3 Working and Data Collecting Mode of Cluster Based Network  24-26
CHAPTER THREE:ANALYSIS AND OPTIMIZATION OF CLUSTER BASED NETWORKPERFORMANCE  26-63
  3.1 Data Amount and Energy Consumption of Nodes in LEACH  26-32
    3.1.1 Energy Consumption of V_i to Send Data to the Sink as a Common Node  29-30
    3.1.2 The probability for V_i to send data to the sink orto the cluster head  30-32
  3.2 Analysis of the Energy Hole in LEACH  32-35
    3.2.1 Calculation of FDT and ADT in LEACH  33-35
  3.3. Calculation of Energy Utilization in LEACH  35-37
  3.4. Data Amount and Energy Consumption of Nodes in MLEACH  37-43
  3.5. Analysis of the Energy Hole in MLEACH  43-50
    3.5.1 Calculation of the FDT in MLEACH  46-47
    3.5.2 Analysis of the ADT in MLEACH  47-50
    3.5.3 Calculation of Energy Utilization at FDT in MLEACH  50
  3.6. ADT, FDT, and Energy Hole in HEED  50-54
  3.7 Calculation of the Energy Utilization in HEED  54-56
  3.8 Analysis and Optimization of UCR Cluster Based Network Performance  56-63
    3.8.1 Analysis of the data transmission mode in energy hole  56-58
    3.8.2 Analysis of the cluster radius of UCR  58
    3.8.3 Analysis of the network lifetime and energy hole of UCR  58-63
CHAPTR FOUR:ANALYSIS OF SIMULATION RESULTS  63-75
  4.1 Energy Consumption under Different Node Densities  63-67
  4.2 Energy Consumption and Lifetime of the Four Protocols under Different Cluster Radius  67-69
  4.3 Energy Consumption and Lifetime of the Four Protocols under Different Network Scale  69-71
  4.4 Energy Utilization of the Four Protocols  71-72
  4.5 Analysis of Nodes'Death and the Energy Hole  72-73
  4.6 Canonical Scenario for Network Parameter Optimization and Energy Hole Avoid  73-74
  END  74-75
CHAPTER FIVE CONCLUSIONS AND FUTURE WORK  75-77
ACKNOWLEDGEMENT  77-78
BIBLIOGRAPHY  78-83
PUBLISHED PAPERS  83

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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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