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无线传感器网络路由节能问题的相关研究

作　者: 赵鹏飞
导　师: 吕振
学　校: 辽宁工程技术大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无线传感器网络 路由节能 动态层边界 能量洞问题 负载相似节点
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


无线传感器网络（WSN）技术被认为是21世纪能够对信息技术、经济、和社会进步发挥重要作用的，有巨大的发展潜力的技术，它具有广泛的应用范围，可以应用于智能家居、环境监测、军事领域、交通管理、矿山监测等领域。由于传感器节点受环境、体积和成本等因素的限制，使得许多WSN节点通常采用非回收式的应用模型，即依靠自带的电源供电，一旦电量耗尽，则WSN节点退出网络而失效。所以为了高效的利用WSN节点所具有的有限能量，我们需要使用先进的控制方法尽量使网络的寿命加以延长。本文对WSN路由节能的问题进行了系统的分析和总结，并在此基础上对其能量洞问题进行了深入的研究，取得了一定的研究成果。本文的主要研究内容包括：1、针对固定层边界模型对传感器网络寿命的限制，提出了动态层边界模型，即DBL(Dynamic boundary layer)模型。在DBL模型中，按照节点距离Sink的跳数将节点分在不同的层。当簇头的剩余能量比限定值低，则网络会自动重新构建。并且节点的层编号可以在网络重建前后不同，这类节点会导致层边界向Sink方向的移动，进而导致簇大小在网络重构时的变化。因此，在整个网络生命周期中，相邻层之间的边界以及簇的大小都会根据需要动态的变化。DBL模型克服了固定层边界的限制，可以适应于初始拓扑连通的任意网络，平衡不同簇头之间的能量消耗，可以较好地延长网络寿命。2、以DBL模型为基础，研究能量洞问题。首先对空闲侦听和非空闲侦听下的WSN节点的负载分布特性进行研究。基于研究结果，提出了负载相似节点分布(load similar nodedistribution)的策略，即以研究结果为依据，把较多的节点放置在负载较重的区域，以使各区域节点的能量消耗趋于平衡，从而解决WSN的能量洞问题。本节通过随机节点分布、均匀节点分布和此种策略的仿真比较分析，有力的说明了该方法可以较好地平衡能量消耗，对网络寿命有较好的延长作用。本节提出的方法虽然是以DBL模型为基础，但是对于多跳传感器网络还是有一定的适用性。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-12
1 绪论  12-18
  1.1 无线传感器网络概述  12-15
    1.1.1 无线传感器网络的基本概念  12-13
    1.1.2 无线传感器网络的特点  13
    1.1.3 无线传感器网络的应用  13-14
    1.1.4 国内外研究现状  14-15
  1.2 本文的研究意义  15
  1.3 本文的主要内容和组织结构  15-17
    1.3.1 本文的主要内容  15-16
    1.3.2 本文的组织机构  16-17
  1.4 本章小结  17-18
2 无线传感器网络的相关问题  18-27
  2.1 无线传感器网络的能量问题  18-21
    2.1.1 传感器节点的能量消耗问题  18-19
    2.1.2 传感器网络的能量洞问题  19-21
  2.2 传感器网络路由问题  21-22
    2.2.1 路由协议的性能指标  21-22
    2.2.2 路由设计中的几个问题  22
  2.3 典型的路由协议  22-26
    2.3.1 泛洪式路由协议  22-23
    2.3.2 以数据为中心的路由协议  23-24
    2.3.3 基于位置的路由协议  24-25
    2.3.4 分层次的路由协议  25-26
  2.4 本章小结  26-27
3 动态层边界模型延长网络生命周期  27-42
  3.1 路由协议的选择  27-28
    3.1.1 路由方式的选择  27-28
    3.1.2 路由结构的选择  28
  3.2 PMRC 模型  28-30
  3.3 DBL 模型  30-31
  3.4 DBL 模型的实现  31-36
    3.4.1 能量模型的建立  32
    3.4.2 网络构建过程  32-35
    3.4.3 DBL 的特点  35
    3.4.4 基本假设  35-36
  3.5 系统仿真  36-41
    3.5.1 仿真环境  36-37
    3.5.2 传输范围对性能的影响  37-39
    3.5.3 节点数量对性能的影响  39-41
  3.6 本章小结  41-42
4 负载相似节点分布解决能量洞问题  42-59
  4.1 负载相似节点分布策略的设计  42-48
    4.1.1 负载分析  42-46
    4.1.2 空闲侦听对负载分布的影响  46-48
    4.1.3 负载相似节点的实现  48
  4.2 仿真实验和性能分析  48-58
    4.2.1 仿真环境  49
    4.2.2 传输范围对性能的影响  49-53
    4.2.3 网络半径对性能的影响  53-55
    4.2.4 空闲侦听对性能的影响  55-58
  4.3 本章小结  58-59
5 总结与展望  59-61
  5.1 全文总结  59
  5.2 展望  59-61
参考文献  61-65
作者简历  65-67
学位论文数据集  67-68

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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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