收藏本站
《华中科技大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

无线传感器网络的资源异构及能效管理研究

刘明  
【摘要】: 无线传感器网络是由大量微型传感器节点构成的多跳自组织网络系统,可以将信息世界与真实世界融合,在流域监测、军事侦察、工业控制等许多领域有着广阔的应用前景。随着无线传感器网络应用领域的日益拓展,网络规模的不断扩大,无线传感器网络的资源受限特别是能量受限问题已经成为研究的关键,节能受到了广泛的关注。异构传感器网络是由在电源能量、感知能力、通信能力、计算能力和存储能力等方面不同的传感器节点构成的网络,其中能量异构特征在实际应用的无线传感器网络中普遍存在。本文重点研究了无线传感器网络的复杂网络特性、异构传感器网络的构建与能量效率、传感器网络的成簇算法以及分配型MAC协议的时隙调度策略等内容。 首先阐述复杂网络的几种基本拓扑模型及其相互不同的统计特征,并设计开发了复杂网络拓扑生成器。传感器网络的节点数多,节点彼此之间存在着紧密的交互影响作用,因而具有复杂网络特征。本文分析综合无线传感器网络的拓扑特性及其复杂网络特征,旨在为部署能量异构节点构建具有小世界效应的异构无线传感器网络,从而提高传感器网络的能量效率提供理论依据。 从复杂网络的视角研究部署能量异构节点和超级链路对无线传感器网络小世界特征和能量效率的影响。根据网络的偏好连接特性,合理配置少量的能量异构节点承担无线传感器网络的数据中继,可以最大限度地减少传感器节点的能量消耗,延长传感器网络的寿命。本文以网络的平均路径长度最小为优化目标,利用遗传算法研究在传感器网络中部署能量异构节点的优化求解问题。仿真结果表明,能量异构节点的引入和优化部署能够显著改善网络性能并提高了网络的能量效率。 针对实际流域监测存在区域范围广、地势复杂的特点,提出在节点密集位置适当部署能量可以补充的异构节点,引入超级链路以建立三层结构的多级能量异构传感器网络的构建方案。本文阐述了基于节点相关度并结合地理位置和剩余能量信息的无线传感器网络成簇算法,并且考虑到网络成本和无线覆盖范围,研究了优化计算分簇数和确定异构节点位置与数目的方法。 由于无线传感器网络的节点能量主要消耗在数据无线通信,为了减少目前根据剩余能量成簇的分布式算法存在簇内的能量信息交换频繁和实施竞选簇头的时机受人为因素影响大的问题,提出了基于节点能量评估的成簇算法。本文建立能量评估函数来表示节点的竞争簇头能力,在每轮的成簇阶段节点自主决定向簇头发送能量信息和竞争簇头能力参数的时机,簇头管理候选簇头集并确定实施重新竞选簇头工作的时机,以避免过早竞选簇头而消耗能量。 针对传统分配型MAC协议存在一般为各子信道分配等长时隙的问题,在分配型AMAC协议和EATA算法基础上,提出了一种能量有效的自适应时隙调度策略。通过对簇内节点的上轮剩余负载和新产生负载加权求和,动态调度各节点占用的时隙长度,给出了时隙大小和权值的计算方法。本文阐述了时隙调度策略中时隙大小划分、时隙更新频率和时隙分配顺序,从导致能量浪费的节点串音、空闲侦听和算法复杂度等因素分析时隙调度策略的能量效率。 最后对全文进行总结,并指出今后需要进一步研究的工作。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP212.9;TN929.5

手机知网App
【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 罗小娟;基于复杂网络理论的无线传感器网络演化模型研究[D];华东理工大学;2011年
2 汪祥莉;无线传感器网络中高能效路由技术的研究[D];武汉理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 周裕秀;无线传感器网络演化特性研究[D];广西师范大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘明;伍燕平;郭方铭;;无线传感器网中基于时隙轮循的串音控制策略[J];传感技术学报;2008年06期
2 田慧,裴昌幸;网络拓扑发现综述与展望[J];电信快报;2002年08期
3 刘明;伍燕平;于明远;;具有小世界效应的无线传感器网络构造方法研究[J];电子测量技术;2007年04期
4 郭彬;李喆;;无线传感器网络中基于剩余能量的联合选举动态成簇路由算法[J];电子与信息学报;2007年12期
5 梅杓春;现代网络测量系统[J];国外电子测量技术;2001年03期
6 王忻;权太范;;信息融合系统改进型BA模型及网络动力学特性[J];哈尔滨工业大学学报;2007年05期
7 王向辉;张国印;谢晓芹;;多级能量异构传感器网络的负载均衡成簇算法[J];计算机研究与发展;2008年03期
8 俞黎阳;王能;张卫;;异构无线传感器网络中异构节点的部署与优化[J];计算机科学;2008年09期
9 孙宝林,李腊元,陈华;基于遗传算法的最短路径路由优化算法[J];计算机工程;2005年06期
10 苏威积;赵海;张文波;徐野;;基于嵌入式技术的传感器网络无尺度路由算法[J];计算机工程;2006年14期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 宋兵;;基于复杂网络的农作物细菌性病害传播模型初探[J];安徽农业科学;2011年34期
2 魏娟;宋福庆;;两种全局同步稳定性方法的比较与应用[J];安阳师范学院学报;2011年05期
3 黄树林;鞠颂东;董军;;企业集团网络化物流模式的结构分析[J];北京交通大学学报(社会科学版);2011年01期
4 张立;刘云;;网格移动的无线移动传感器网络部署算法[J];北京交通大学学报;2007年05期
5 尹向敏;李元左;罗小明;;陆军武器装备综合集成系统复杂性研究[J];兵工自动化;2007年10期
6 邱原;邢焕革;;基于复杂理论的作战网络关键边评估方法[J];兵工自动化;2011年08期
7 马睿;朱建冲;杨美玲;;基于改进聚类生存度的军事通信网可靠性分析[J];兵工自动化;2012年06期
8 徐玉国;邱静;刘冠军;;基于复杂网络的装备维修保障协同效能优化设计[J];兵工学报;2012年02期
9 徐玉国;邱静;刘冠军;;基于多元加权网络的装备维修保障组织结构动态演化模型[J];兵工学报;2012年04期
10 程连元;杨柳青;柳应华;宗刚;;面向市政管理的不良信息传播仿真模型[J];北京工业大学学报;2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈树文;高琼;;网络结构视角下中关村产业集群创新驱动困境与建议[A];创新驱动与首都“十二五”发展——2011首都论坛文集[C];2011年
2 耿志勇;;具有静态非线性互联结构的分布式异构系统的稳定性[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 ;Energy Efficient Routing Protocol Based on Residual Energy and Energy Consumption Rate for Heterogeneous Wireless Sensor Networks[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 李鑫滨;王腊梅;刘仙;;基于动态复杂网络的Van der pol振子同步[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 李立;;BA无标度网络中混沌动力系统的同步分析及控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 张跃;蒋国平;;一类混沌复杂动态网络不稳定平衡点的牵制控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
7 郑新奇;苏艳军;杨光;王淑晴;;城市道路网络复杂性的研究方法——空间句法与复杂网络模型的集成分析[A];《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛摘要集[C];2008年
8 《基于学术交流的技术创新人才培养研究》课题组;陈雄辉;;基于学术交流的技术创新人才培养研究[A];学术交流质量与科技研发创新研究[C];2009年
9 王建功;李平辉;谭欢;;B-A模型的改进模型[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(下册)[C];2008年
10 孔洲;刘玉军;;无线Mesh网中基于ABR协议的改进方案研究[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(下册)[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴静;自组网稳定多层分级结构及其关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 张晋;无线传感器网络覆盖控制算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王蕊;无线传感器网络部署与拓扑控制研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 李晓鸿;无线自组织网络拓扑控制算法和协议研究[D];湖南大学;2010年
5 杜文博;面向航空交通系统的复杂网络与网络动力学研究[D];中国科学技术大学;2010年
6 籍艳;几类时滞系统的稳定与同步[D];江南大学;2010年
7 于群;电力系统大停电的自组织临界特性研究[D];中国电力科学研究院;2010年
8 徐旭林;社会群体行为建模及其动力学分析[D];南开大学;2010年
9 杜方;复杂网络系统间相似性识别及其应用[D];浙江大学;2010年
10 张建辉;节点势能导向多下一跳路由协议研究与性能评价[D];解放军信息工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 苏延森;刺激下拟南芥基因逻辑网络构建与分析[D];山东科技大学;2010年
2 李二艳;刺激下拟南芥基因相关网络构建与分析[D];山东科技大学;2010年
3 周斌;复杂网络的社团结构挖掘及应用研究[D];广西师范学院;2010年
4 彭慧;面向离散型制造业的嵌入式MES检测终端开发[D];浙江理工大学;2010年
5 高萌;复杂神经元网络的同步问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 雷鸣;无线传感网络与环境信息采集技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 兰文辉;基于复杂网络的可信软件研究[D];大连理工大学;2010年
8 姜荣;时间序列的聚类和关联规则挖掘研究[D];辽宁师范大学;2010年
9 孔健;基于半监督学习的社团划分算法研究[D];辽宁师范大学;2010年
10 章毅;基于ZigBee协议的传输系统设计[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 向满天;史浩山;李立宏;;无线传感器网络的连通覆盖临界条件分析[J];传感技术学报;2008年11期
2 姜连祥;汪小燕;;无线传感器网络硬件设计综述[J];单片机与嵌入式系统应用;2006年11期
3 刘明;伍燕平;于明远;;具有小世界效应的无线传感器网络构造方法研究[J];电子测量技术;2007年04期
4 文家焱;陈黎;毛恺;;“小世界”无线传感器网络的最佳近邻节点数[J];电子测量技术;2007年04期
5 宋文;方旭明;;基于动态规划法的无线Mesh网络QoS路由算法和性能评价[J];电子与信息学报;2007年12期
6 李莉;温向明;;无线传感器网络中分簇算法能量有效性分析[J];电子与信息学报;2008年04期
7 叶秀彩;许力;林力伟;;基于小世界现象的无线传感器网络拓扑优化[J];福建师范大学学报(自然科学版);2008年05期
8 黄锋;刘士兴;顾勤东;;无线传感器网络节点概述[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2008年08期
9 崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,刘巍,赵泽;无线传感器网络研究进展[J];计算机研究与发展;2005年01期
10 王向辉;张国印;谢晓芹;;多级能量异构传感器网络的负载均衡成簇算法[J];计算机研究与发展;2008年03期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王蕊;无线传感器网络部署与拓扑控制研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 苏羽;传感器网络中的无尺度路由问题[D];东北大学;2005年
3 杨珉;无线传感器网络多播路由技术研究[D];复旦大学;2006年
4 李虹;无线传感器网络中节能相关若干关键问题研究[D];中国科学技术大学;2007年
5 王媛丽;无线传感器网络中路由相关的若干问题的研究[D];国防科学技术大学;2006年
6 潘晏涛;无线传感器网络生存时间优化问题研究[D];国防科学技术大学;2006年
7 马书惠;无线传感器网络中基于能量的关键算法研究[D];北京邮电大学;2007年
8 孟中楼;无线传感器网络拓扑控制研究[D];华中科技大学;2009年
9 柯宗武;无线多媒体传感器网络QoS路由算法研究[D];武汉理工大学;2009年
10 龚本灿;无线传感器网络路由技术研究[D];武汉理工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 高迪;基于事件驱动的无线传感器网络数据融合算法[D];北京邮电大学;2008年
2 吴成洪;无线传感器网络拓扑控制研究[D];西安电子科技大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李柯 ,顾玉辉;浅谈基于PC的测试系统的主要发展趋势[J];国外电子测量技术;1998年06期
2 郑增威;吴朝晖;金水祥;;无线传感器网络及其应用[J];计算机科学;2003年10期
3 尹康凯,王明伟,李善平;高可用性集群中多个节点的心跳模型研究[J];计算机工程;2005年15期
4 雷擎,王行刚;应用网络仿真技术进行网络性能评价[J];计算机应用;2001年12期
5 任丰原,黄海宁,林闯;无线传感器网络[J];软件学报;2003年07期
6 李建中,李金宝,石胜飞;传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展[J];软件学报;2003年10期
7 唐勇;周明天;张欣;;无线传感器网络路由协议研究进展[J];软件学报;2006年03期
8 卿利;朱清新;王明文;;异构传感器网络的分布式能量有效成簇算法[J];软件学报;2006年03期
9 于海斌,曾鹏,王忠锋,梁英,尚志军;分布式无线传感器网络通信协议研究[J];通信学报;2004年10期
10 伍法岳,杨展如;相变与临界现象(Ⅲ)——顶角模型[J];物理学进展;1981年04期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 罗小娟;虞慧群;;基于能量感知的无线传感器网络拓扑演化[J];传感技术学报;2010年12期
2 雷鸣,李德识,陈健,孙涛;无线传感器网络的自组织可靠性研究[J];复杂系统与复杂性科学;2005年02期
3 郭锋;苗全利;王丽芳;鲍伟龙;;无线传感器网络簇级拓扑演化模型研究[J];计算机测量与控制;2011年06期
4 郑耿忠;刘三阳;齐小刚;;基于小世界网络模型的无线传感器网络拓扑研究综述[J];控制与决策;2010年12期
5 苏莹;郑世珏;高丽;杜建华;;一种基于复杂网特性的校园无线传感器网路由算法[J];电子测量技术;2007年04期
6 吴尽昭;;专栏评述[J];电子科技大学学报;2011年03期
7 罗自强;李德毅;;无线传感器网络的概率统计分析[J];探测与控制学报;2007年02期
8 陈帅;廖晓纬;;无线传感器网络的神经网络模型[J];信息技术;2006年12期
9 文家焱;陈黎;毛恺;;“小世界”无线传感器网络的最佳近邻节点数[J];电子测量技术;2007年04期
10 叶秀彩;许力;林力伟;;基于小世界现象的无线传感器网络拓扑优化[J];福建师范大学学报(自然科学版);2008年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 曹芳菲;何文麟;陈红;;无线传感器网络中基于预测的Top-k监测(英文)[A];第二十五届中国数据库学术会议论文集(一)[C];2008年
2 龙昭华;李景中;蒋贵全;张林;;基于无线传感器网络的普适计算研究[A];第六届和谐人机环境联合学术会议(HHME2010)、第19届全国多媒体学术会议(NCMT2010)、第6届全国人机交互学术会议(CHCI2010)、第5届全国普适计算学术会议(PCC2010)论文集[C];2010年
3 郭旭斌;叶长城;王忆文;李辉;;基于无线传感器网络的室内定位系统[A];第十五届计算机工程与工艺年会暨第一届微处理器技术论坛论文集(A辑)[C];2011年
4 徐久强;卢锁;赵海;崔行兵;刘大鹏;;基于蚁群算法的无线传感器网络路由算法的研究[A];第八届沈阳科学学术年会论文集[C];2011年
5 骆吉安;柴利;;无线传感器网络的滚动时域状态估计方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 任玲;唐昊;周雷;魏振春;;一种能量高效的无线传感器网络自适应传输方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
7 刘阳;杨晓春;王斌;于戈;李斌阳;;无线传感器网络中一种基于历史数据分组的感知查询技术[A];第二十四届中国数据库学术会议论文集(研究报告篇)[C];2007年
8 马礼;唐长茂;;一种基于分簇的无线传感器网络数据存储管理系统[A];2010年第16届全国信息存储技术大会(IST2010)论文集[C];2010年
9 梁(韦华);于海斌;;无线传感器网络物理层协议的研究现状[A];中国仪器仪表学会第六届青年学术会议论文集[C];2004年
10 袁蕊;;基于矿井节能的无线传感器网络MAC协议的研究[A];煤矿自动化与信息化——第20届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨第2届中国煤矿信息化与自动化高层论坛论文集[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 美国专利律师 谭文晔 薛之扬;无线传感器网络技术专利分析[N];科技日报;2010年
2 本报记者 赵建国;无线传感器网络改变未来世界[N];中国知识产权报;2011年
3 ;无线传感器网络供电获新援[N];计算机世界;2004年
4 温雅路;利用无线传感器网络提高地质灾害监测能力[N];人民邮电;2008年
5 赛迪顾问信息产业研究中心高级咨询师 王坤;国内外物联网技术研究进展[N];通信产业报;2009年
6 本报记者 姚传富;科学准确地认识物联网[N];人民邮电;2009年
7 沈建苗 编译;理智部署无线传感网[N];计算机世界;2010年
8 卞 辑;无线传感器网络观测平台投入应用[N];中国气象报;2011年
9 博强;无线传感器网络仰赖Zigbee[N];计算机世界;2004年
10 罗清岳;让无线传感器网络走入生活[N];电子资讯时报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘明;无线传感器网络的资源异构及能效管理研究[D];华中科技大学;2009年
2 赵宝康;无线传感器网络隐私保护关键技术研究[D];国防科学技术大学;2009年
3 姜宇;基于无线传感器网络的远程抄表关键技术研究[D];吉林大学;2011年
4 周彦;无线传感器网络中基于量化信息的目标状态估计与融合[D];上海交通大学;2010年
5 谷雨;无线传感器网络中目标覆盖的研究[D];中国科学技术大学;2010年
6 马永波;无线传感器网络精确动态定位及其安全性问题研究[D];吉林大学;2010年
7 罗丹彦;无线传感器网络能量高效组建关键技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
8 毕嘉娜;无线传感器网络能量有效安全路由协议研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
9 李哲涛;多媒体无线传感器网络中若干算法研究[D];湖南大学;2010年
10 李玉凯;无线传感器网络高能效可靠数据传输理论及应用研究[D];华北电力大学(北京);2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 蔡殷;基于无线传感器网络的光强环境监测系统设计[D];华中科技大学;2009年
2 黄衍玺;基于无线传感器网络的导航系统设计与实现[D];南京航空航天大学;2009年
3 张涛;基于北斗系统的无线传感器网络目标定位算法研究[D];东北大学;2008年
4 唐健华;无线传感器网络目标优化覆盖的研究[D];南京邮电大学;2011年
5 杨凤伟;无线传感器网络覆盖算法研究[D];南京邮电大学;2011年
6 龚静;无线传感器网络中基于压缩感知技术的数据压缩方法研究[D];西南交通大学;2011年
7 孙艳红;无线传感器网络在农田温湿度信息采集中的构建与应用[D];河南农业大学;2010年
8 张滢;无线传感器网络在蔬菜大棚环境监测中的应用研究[D];沈阳理工大学;2010年
9 王帆;无线传感器网络安全支持技术的研究[D];西安电子科技大学;2009年
10 张承海;基于无线传感器网络的振动信号采集系统研究[D];东北石油大学;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026