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无线传感器网络中能量高效的覆盖与连通算法研究

作　者: 权建国
导　师: 王国军
学　校: 中南大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 无线传感器网络覆盖连通异构路由表
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 92次
引　用: 2次
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内容摘要

随着微传感器技术、无线网络技术和嵌入式处理技术的发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,简称WSNs)吸引越来越多的科研人员对其展开研究,并极大地方便了人们的生活。覆盖和连通问题是其中的两个基本问题,是衡量网络服务质量的重要指标之一。只有网络对监测区域达到一定程度的覆盖,网络才能对监测区域进行实时监测,因此对监测区域的良好的覆盖是提高网络服务质量的保证。由于传感器节点大多采用电池供电,能量有限,因此无线传感器网络覆盖和连通问题的研究热点就是在保证网络覆盖和连通的同时,如何合理高效的利用网络有限的能量,延长网络生存期。本论文在分析了现有的覆盖和连通问题解决方案的基础上,提出了一种基于异构节点的覆盖控制算法。异构无线传感器网络由两种能力不同的节点组成,即普通节点和超级节点。普通节点采用基于状态轮转的密度控制算法,节点状态被划分为三个状态：睡眠状态、侦听状态和活跃状态,设计了一个节点冗余判断机制来判断节点的冗余性,从而更好地使网络达到覆盖。超级节点采用基于路由表的转发策略来保证网络的通信连通。通过两类节点的协作使得网络达到覆盖与连通的目的。模拟结果表明,在具有相同初始能量的情况下,该算法可以减少网络的整体能耗,延长网络生存期。本论文还提出了一种与节点位置无关的无线传感器网络覆盖控制算法,在不需要准确地理位置信息的情况下,节点通过调整自己的通信半径,与邻居交换信息来决定自己的状态,最终实现整个网络的覆盖与连通。模拟结果表明,该算法在保证网络覆盖率的同时,可以减少网络的整体能耗,延长网络生存期。能量的有效利用是衡量无线传感器网络覆盖控制算法性能的一个重要指标,本论文提出的基于异构节点的覆盖控制算法和与节点位置无关的覆盖控制算法,在保证无线传感器网络覆盖和连通的同时,能合理的利用网络的能量,延长了网络的生存期,对相关研究具有一定的意义。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-16
  1.1 无线传感器网络概述  9-12
    1.1.1 无线传感器网络的组成结构  9-10
    1.1.2 无线传感器网络的特点  10-11
    1.1.3 无线传感器网络的应用  11-12
  1.2 无线传感器网络的关键技术  12-14
  1.3 课题研究的主要内容  14-15
  1.4 论文结构  15-16
第二章无线传感器网络中覆盖和连通问题分析  16-28
  2.1 无线传感器网络中覆盖和连通问题的研究意义  16-18
    2.1.1 无线传感器网络中的覆盖问题  16-17
    2.1.2 无线传感器网络中的连通问题  17-18
  2.2 无线传感器网络中覆盖问题的分类  18-22
    2.2.1 按配置方式分类  18-19
    2.2.2 按节点的移动性进行分类  19-20
    2.2.3 按相关应用属性分类  20-21
    2.2.4 按感应模型分类  21-22
  2.3 评价无线传感器网络覆盖控制算法的主要指标  22-24
  2.4 典型的覆盖控制算法  24-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章基于异构节点的覆盖控制算法  28-38
  3.1 基本假设、基本概念和基本定理  28-29
  3.2 基于异构节点的覆盖控制算法  29-33
    3.2.1 节点数目的确定  29-30
    3.2.2 普通节点覆盖算法  30-31
    3.2.3 超级节点连通算法  31-33
  3.3 性能分析  33-34
  3.4 模拟分析  34-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章与节点位置无关的覆盖控制算法  38-46
  4.1 基本假设  38-39
  4.2 算法描述  39-42
    4.2.1 开始节点选取过程  39-40
    4.2.2 剩余能量竞争过程  40-42
  4.3 性能分析  42-43
  4.4 模拟分析  43-45
  4.5 本章小结  45-46
第五章结束语  46-48
  5.1 本论文总结  46-47
  5.2 未来的工作  47-48
参考文献  48-53
致谢  53-55
攻读学位期间主要的研究成果  55

无线传感器网络中能量高效的覆盖与连通算法研究

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