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基于无线传感器网络LEACH路由协议的数据融合算法研究

作　者: 杨会磊
导　师: 樊春丽
学　校: 南京理工大学
专　业: 计算机技术
关键词: 无线传感器网络 传感器节点 路由协议 数据融合 分层数据融合算法
分类号: TP212.9;TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


在无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称WSN)中,传统的数据传输方法是将每个传感器节点采集的数据都发送到汇聚节点。但是,考虑到WSN中节点分布的密集性以及相邻节点采集的数据之间存在较高的相关性,这样的数据传输方式必然会导致网络中存在大量的冗余数据,给网络带来不必要的能量消耗。因此,可以考虑在无线传感器网络中引入数据融合技术来消除网络中的冗余数据,降低网络的能量消耗。其中,网络通信所消耗的能量在整个传感器网络的能量消耗中占了很大的比重。因此,现在很多学者已经开始研究在无线传感器网络的路由协议中引入数据融合技术。本文在对无线传感器网络以及现有的一些基于WSN路由协议的数据融合算法分析和研究的基础上,以层次型路由协议LEACH协议为研究模型,提出了一种改进的分层式数据融合算法和数据融合模型。该分层数据融合算法的主要思想：把采集数据从传感器节点传送至汇聚节点的传输过程划分为三个层次,然后,根据每层接收数据的不同特点,相应地采取不同的数据融合算法。对于簇内成员节点获得的采集数据,采用求均值的方法,从数据源就减少数据的通信量；对于簇首节点获取簇内各成员节点的数据,考虑到各成员节点采集数据的可信程度和精确度不一样,采用基于模糊学的数据融合算法,有区别地接收各成员节点的数据；簇首向sink节点发送数据的过程消会消耗比较多的能量,在该过程将采用阈值估计机制进行数据融合。通过这三层的层层数据融合,将能够有效地消除网络中的冗余数据,节省节点能耗,从而延长WSN的生命周期。最后,通过使用NS-2进行仿真分析,也证实了该分层数据融合算法的优越性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-13
  1.1 课题背景  7-8
  1.2 无线传感器网络的国内外研究现状  8-10
  1.3 数据融合技术的国内外研究现状  10-11
  1.4 本文的研究内容及论文结构  11-13
2 无线传感器网络及路由协议  13-21
  2.1 无线传感器网络的体系结构  13-14
    2.1.1 网络结构  13
    2.1.2 协议栈结构  13-14
  2.2 无线传感器网络的特点  14-16
  2.3 无线传感器网络的主要应用  16-17
  2.4 路由协议的概述  17-19
    2.4.1 路由协议的特点  17-18
    2.4.2 路由协议的性能评价标准  18-19
  2.5 路由协议的分类  19-20
  2.6 本章小结  20-21
3 数据融合技术在路由协议中的应用  21-27
  3.1 数据融合技术的概述  21-22
    3.1.1 数据融合技术的基本思想和功能  21-22
  3.2 典型的结合路由协议的数据融合  22-26
    3.2.1 基于查询路由协议的数据融合  23-24
    3.2.2 基于分层路由协议的数据融合  24-25
    3.2.3 基于链式路由协议的数据融合  25-26
  3.3 本章小结  26-27
4 基于LEACH路由协议的数据融合算法改进  27-44
  4.1 LEACH路由协议的分析与研究  27-32
    4.1.1 网络模型和能量耗散模型  27-29
    4.1.2 算法设计思想  29-32
  4.2 LEACH路由协议中数据融合的改进算法  32-42
    4.2.1 簇成员节点的均值数据融合  34-35
    4.2.2 基于置信区间的数据检验  35-37
    4.2.3 簇首节点基于模糊理论的数据融合  37-41
    4.2.4 基于估计机制的融合算法分析  41-42
  4.3 本章小结  42-44
5 仿真分析  44-63
  5.1 LEACH路由协议的仿真分析  44-55
    5.1.1 NS-2仿真工具介绍  44-45
    5.1.2 LEACH协议的仿真分析  45-55
  5.2 改进的数据融合算法仿真分析  55-61
    5.2.1 网络中能量消耗的仿真分析  55-57
    5.2.2 网络中存活节点个数的仿真分析  57-58
    5.2.3 网络中数据通信量的仿真分析  58-59
    5.2.4 LEACH-C协议中的仿真分析  59-61
  5.3 本章小结  61-63
6 总结与展望  63-65
  6.1 工作总结  63
  6.2 未来展望  63-65
致谢  65-66
参考文献  66-69

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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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