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基于小世界的无线传感网拓扑和路由算法研究

作　者: 董姜颖
导　师: 任秀丽
学　校: 辽宁大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 无线传感器网络 小世界 拓扑结构 路由
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 95次
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内容摘要


无线传感器网络是由大量的移动传感器节点组成的,具有广泛的应用前景,已成为当今研究热点之一。小世界理论源自美国社会心理学家StanlenyMilgram提出的六度分割理论,即在世界上人与人之间最多通过六次转达就可以相互联系。事实证明,小世界网络普遍存在大量实际网络之中。小世界网络不仅具有较高的聚集系数,而且还具有较短的平均路径长度。本文针对无线传感器网络的特点,将小世界理论应用到无线传感器网络中。根据无线传感器网络拓扑和路由算法设计的要求,在Newman Watts的小世界网络模型的基础上提出了基于小世界的无线传感器网络拓扑控制算法(SWST)和基于该拓扑控制算法的无线传感器网络路由算法(SWRA)。首先,本文介绍了无线传感器网络的概念、特点和体系结构,简要介绍了其拓扑结构控制算法、路由算法和设计要求,以及小世界网络的概念、网络模型和性质,还有小世界网络在无线传感器网络中的应用。其次,本文提出了一种基于小世界的无线传感器网络拓扑控制算法SWST,该算法分为传感器网络的构建和维护。在形成过程中,由超级节点在NW小世界网络模型的基础上形成一个超级节点环,一个簇只有一个超级节点,普通节点就近加入簇。在维护过程中,普通节点根据节点间的综合权值均衡网络能量,当超级节点失效时,其簇内节点归其前序或后续节点,保证网络的正常工作。另外,在SWST的基础上,提出一种无线传感器网络路由算法SWRA,该算法通过判断簇序号是否相同来判定通信的类型。簇内节点通信采用短连接;否则,采用长链接。数据首先转发给超级节点,再通过具有小世界特性的超级节点环求得的最短传输路径转发数据包。最后,在仿真环境下测试。实验表明,本文提出的基于小世界的无线传感器网络拓扑控制算法SWST和路由算法SWRA都具有小世界网络的特性,在数据包发送成功率,节点存活数量,平均路由建立时间,网络吞吐量等方面比其他算法具有优越性,降低了能耗,延长了网络寿命。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章 绪论  10-13
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 研究目的与意义  11
  1.3 本文的主要工作  11-12
  1.4 本文的组织结构  12-13
第2章 无线传感器网络和小世界的基本理论  13-28
  2.1 无线传感器网络  13-22
    2.1.1 无线传感器网络的概念  13
    2.1.2 无线传感器网络的特点  13-15
    2.1.3 无线传感器网络的体系结构  15-16
    2.1.4 无线传感器网络的拓扑结构  16-18
    2.1.5 无线传感器网络的路由  18-22
  2.2 小世界网络理论  22-27
    2.2.1 小世界的概念  22
    2.2.2 小世界网络模型  22-24
    2.2.3 小世界的性质  24-25
    2.2.4 小世界在无线传感器网络中的应用  25-27
  2.3 本章小结  27-28
第3章基于小世界的无线传感器网拓扑结构 SWST  28-41
  3.1 SWST 拓扑结构描述  28-30
    3.1.1 基于小世界无线传感器网络的组成  28-29
    3.1.2 SWST 拓扑结构应用环境  29-30
  3.2 SWST 算法基本思想  30-31
    3.2.1 基于小世界的无线传感器网络拓扑结构的构建  30-31
    3.2.2 基于小世界的无线网络拓扑结构的维护  31
  3.3 算法设计与实现  31-35
    3.3.1 超级节点环的形成算法  31-32
    3.3.2 普通节点加入簇算法  32-33
    3.3.3 维护阶段算法  33-35
  3.4 算法分析  35-36
  3.5 SWST 算法仿真实验与分析  36-39
  3.6 本章小结  39-41
第4章 基于 SWST 的无线传感器网络路由算法 SWRA  41-51
  4.1 相关算法概述  41-42
  4.2 SWRA 算法描述  42-43
  4.3 算法流程  43-45
  4.4 算法分析  45-46
  4.5 SWRA 算法仿真实验与分析  46-49
  4.6 本章小结  49-51
第5章 结论与展望  51-53
  5.1 结论  51-52
  5.2 进一步工作方向  52-53
致谢  53-54
参考文献  54-57
攻读学位期间发表的学术论文及参加科研情况  57-58

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 传感器的应用
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