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无线网络传输优化问题研究

作　者: 李世民
导　师: 王行愚
学　校: 华东理工大学
专　业: 控制理论与工程
关键词: 传感器网络网络图链路图 MAC 传感器电量优化单向传输双向传输传输时序
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

无线传感器网络作为一种多学科融合的产物,是目前科学技术发展最活跃的领域之一。对无线传感器网络性能的优化是目前的一个研究热点,它的意义不仅仅在于给使网络中的资源得到充分利用,还在于使网络在经过优化之后能够完成更多对网络要求较高的任务,使无线传感器网络的应用领域得到扩展。本论文针对一般环境下无线传感器网络中的问题,研究了不同网络传输协议的特点,结合各自的特点找寻如何有效提高网络生存时间的方法,如何采用最简单的优化算法快速找到使网络最优的传输模式,提出了一些新的优化方案和网络布署策略。仿真实验结果验证了这些新的网络优化方法的有效性。本文主要做了以下研究工作：(1)对于网络中节点传输信息过程中不存在反馈确认的情况,首先需要根据网络的拓扑结构信息对网络进行建模。本文首先将物理的传感器网络构抽象为一个图,图中的节点表示传感器,图的边表示两个传感器可以直接传输数据。然后利用图论的知识对由物理网络结构得到的模型进行优化,优化采用图论里面的搜索算法来近似寻找物理网络中距离在一定范围之内的节点。通过控制节点的距离保持在它们同时发射信号但不会产生相互干扰的范围内。这样就得到了使网络能够保持最优的传输情况的传输方案,不会形成干扰,也不会造成资源的浪费。(2)针对网络中所传输数据要求比较高,需要接收节点发送反馈消息进行确认和校验的情况,这不能用上面提到的搜索算法得到结果。为此本文使用了图论中的转化算法,将网络物理模型转化为其对应的网络链路图模型。然后再对得到的链路图模型应用前面提出的搜索算法。经过理论上的分析和计算,得到最佳的搜索参数,使搜索结果能最大程度的符合网络真正的物理状态。在网络比前面提及的情况复杂的情况下,得到几乎同样的优化结果。算法增加的计算量只是比原来多了网络模型的转化过程,这个转化过程为多项式复杂度。(3)由于普通情况下无线传感器网络中的节点部署时候都采用均匀分布节点的方式,网络中的节点在传感平面内的分布密度是相同的。根据本文的分析与仿真结果表示这种分布方式会对中心节点非常不利,这使得网络资源没有得到充分利用。对此文中提出了一种方法来通过改变节点空间分布密度来改善这一状况。因为中间节点要承担多余的转发任务,本文中采用增加网络内层节点密度的办法来均衡各个位置的节点能量消耗。使网络中的能量消耗处于一个大致上一致的水平,大大减少了节点能量的浪费。(4)最后对前面提及的算法和结论进行网络的仿真实验,并对得到的仿真结果进行分析说明。在仿真实验中,本文考虑了各种情况,并对每种情况都进行十次试验,取所得结果的平均值作为最终仿真结果,在很大程度上减少了随机性的误差。使得到的仿真结果更合理,更能够反映真实情况。仿真实验的结果表明上述方法是正确的和有效的。最后对全文进行了全面概况性总结,并指出了理论和应用上有待进一步研究的问题以及今后的主要研究方向。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-23
  1.1 无线传感器网络简介  11-12
  1.2 无线传感器网络的应用  12
  1.3 无线传感器网络的特点及局限性  12-14
  1.4 无线传感器网络中所用协议  14-15
  1.5 无线网络中相关研究情况简介  15-16
  1.6 网络仿真软件NS2简介  16-21
    1.6.1 使用NS进行网络仿真的方法和一般过程  18-19
    1.6.2 NS2的功能模块  19-20
    1.6.3 NS2的软件构成  20-21
  1.7 论文主要研究工作与内容安排  21-23
    1.7.1 本文的主要研究工作  21
    1.7.2 论文内容安排  21-23
第2章建立WSN传输模型  23-36
  2.1 无线网络的表示方式  23-25
  2.2 WSN单向传输模型  25-28
  2.3 有ACK反馈的WSN传输模型  28-36
    2.3.1 网络的链接图  29-30
    2.3.2 链路图中的传输过程  30-32
    2.3.3 WSN基于链路图的传输模型  32-36
第3章 WSN传输模型的优化  36-43
  3.1 用于单向传输网络的算法描述  37-38
  3.2 算法复杂度分析  38
  3.3 传输时序的确定  38-39
  3.4 基于链接图模型的优化方法  39-40
  3.5 用于双向传输的算法描述  40-41
  3.6 复杂度分析  41
  3.7 确定传输时序  41-43
第4章 WSN节点分布情况的优化  43-52
  4.1 WSN网络节点分布的物理和逻辑结构  43-46
  4.2 对节点分布情况的改善  46
  4.3 在MAC协议WSN中的仿真  46-52
    4.3.1 节点服从均匀分布的情况  47-48
    4.3.2 节点按上节所得密度分布的情况  48-50
    4.3.3 两种分布下的电量消耗情况  50-52
第5章仿真结果分析  52-66
  5.1 单向传输网络仿真结果  52-56
  5.2 双向传输网络仿真结果  56-61
  5.3 节点密度优化仿真结果  61-66
第6章总结与展望  66-68
  6.1 全文主要工作总结  66-67
  6.2 今后工作展望  67-68
参考文献  68-73
致谢  73-74
攻读硕士学位期间所发表的论文  74-75

无线网络传输优化问题研究

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