收藏本站
《武汉理工大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

无线传感器网络功率控制与分簇路由算法研究

刘新华  
【摘要】:无线传感器网络是一种新型的、无基础设施的、以数据为中心的自组织多跳无线网络。作为一种新颖的信息获取技术,无线传感器网络有着巨大的潜在应用价值,并迅速成为国内外研究的热点,引起了世界许多国家军事部门、工业界和学术界的极大关注。与传统的无线网络相比,无线传感器网络中节点的能量极其有限,而且往往节点所处环境恶劣,能量替换或补充非常困难。因此,如何利用节点的有限能量来最大限度的延长网络的生存时间,是无线传感器网络在面向实际应用时需要首先解决的关键问题。 论文以提高无线传感器网络的能量有效性、网络吞吐量及信道利用率等性能为研究目标,利用功率控制技术、跨层优化设计方法和分簇技术,研究能提高无线传感器网络整体性能的分簇路由算法。论文所做的主要研究工作如下: 1.分析和研究了功率控制技术、分簇路由算法和跨层设计。针对无线传感器网络的应用特点,分析了功率控制技术对无线传感器网络性能的影响,阐述了无线传感器网络的功率控制机制及调度策略,并结合无线传播模型讨论了功率控制机制的实现方法;针对无线传感器网络路由特性,分析了无线传感器网络中分簇的层次结构,阐述了无线传感器网络中的分簇策略及路由选择,并探讨了分簇与功率控制的关系;针对无线传感器网络的体系结构,分析了无线传感器网络中跨层优化设计的基本思想及跨层设计相关模型,并探讨了功率控制、分簇及跨层之间的关系,提出了新的跨层设计模型。 2.提出了一种基于能量异构的分布式成簇路由算法。针对无线传感器网络中节点能量异构问题,提出了一种适用于能量异构环境的分布式成簇算法(EHDC算法)。EHDC算法基于簇的本地信息给出了评估节点当前能量水平的相对估计因子,用以调整节点在簇头轮转过程中出任簇头的概率及其轮转周期,从而使当前高能量节点获得更多担任簇头的机会,实现整个网络能量均衡消耗。通过对EHDC的簇头选举算法优化,给出了其改进算法(AEHDC算法)。实验仿真结果表明,在能量异构网络中,EHDC算法和AEHDC算法均表现出良好的适应性和可扩展性,其能量有效性得到了很大的提高,节点能量消耗更加均衡,大大提高了网络的生命周期。 3.提出了一种基于负载均衡的分布式定向分簇路由算法。针对无线传感器分簇网络中节点负载不均衡的问题,提出了一种基于负载均衡的分布式定向分簇路由算法(DDC算法)。DDC算法基于簇的局部信息对节点在下一轮中的能量水平及其负载能力进行预评估,并给出了相应的预评估因子。在每一轮成簇过程中,首先基于节点能量预评估因子将网络分割成适当的分区,然后在每个分区中,根据节点在本轮的负载能力预评估因子选取簇头,前者可以有效保证各分区的能量均衡性,后者可以实现分区内节点的负载平衡。DDC算法通过将网络能量与节点负载有机结合,来最大限度的延长网络的生命周期。实验仿真结果表明,与同类算法相比,DDC算法的能量有效性效果显著,网络中节点负载更加均衡。在网络初始能量异构的情况下,依然表现出良好的适应性和可扩展性。 4.提出了一种基于最优连通功率的稳定成簇路由算法。针对无线传感器网络节点实际部署中网络易割裂及热点区域节点密集、竞争激烈的情况,提出了一种基于最优连通功率的稳定成簇算法(SCOC算法)。SCOC算法基于可变功率控制技术和最优邻居节点数解决了最优发射功率、最优连通功率问题,并基于最优邻居选择策略实现了对节点最优连通功率及其邻居节点最优发射功率级别的分配。最优连通功率有效减少了热点区域节点间的冲突域,降低了节点间的竞争强度,提高了信道的空间复用率和网络吞吐量。SCOC算法基于最优连通功率实现网络的稳定连通和稳定成簇,简化了网络拓扑结构,最大限度地延长了网络生命周期。实验仿真结果表明,基于最优连通功率成簇的SCOC算法,有效维持了网络的连通性和稳定性,具有较强的自适应能力,其能量有效性和网络有效吞吐量均得到了很大的提高,在提升网络的整体性能上作用明显。 5.提出了一种基于链路级功率控制的分簇路由算法。针对非均匀网络环境下链路层的能耗控制问题,提出了一种基于链路级功率控制的分簇路由算法(CLPC算法)。CLPC算法基于最优连通功率成簇,并利用双信道机制和干扰反制策略在网络层解决链路层的冲突重传及信道访问公平性等问题,以期达到提高网络整体性能的目的。最优连通功率机制可以减少网络中节点问的冲突域、降低节点间的竞争强度;双信道机制则通过控制信道和数据信道分别对数据分组和控制分组进行收发,有利于降低数据传输的冲突概率,提高信道的空间复用率;干扰反制策略通过对具有高发射功率的干扰节点进行反制,来保障低发射功率的节点在共享信道上的公平性。实验仿真结果表明,CLPC算法进一步改善了网络的能量有效性和网络有效吞吐量。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TN929.5;TP212.9

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
1 沈波;张世永;钟亦平;;无线传感器网络分簇路由协议[J];软件学报;2006年07期
2 李方敏;徐文君;高超;;一种适用于无线传感器网络的功率控制MAC协议[J];软件学报;2007年05期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨挺,孙雨耕,杨郁;无线传感器网络中一种节省资源的快速重路由算法[J];传感技术学报;2005年03期
2 李春杰;刘瑞霞;王继志;;基于无线传感器网络的监控平台设计[J];传感技术学报;2006年01期
3 周贤伟;韦炜;覃伯平;;无线传感器网络的时间同步算法研究[J];传感技术学报;2006年01期
4 陈积明;林瑞仲;孙优贤;;无线传感器网络通信体系研究[J];传感技术学报;2006年04期
5 王毅;张德运;张栋;;无线传感器网络满足QoS带宽需求的能量最优路由方案[J];传感技术学报;2006年06期
6 李光辉;赵军;王智;;基于无线传感器网络的森林火灾监测预警系统[J];传感技术学报;2006年06期
7 于宁;万江文;吴银锋;;无线传感器网络定位算法研究[J];传感技术学报;2007年01期
8 王国军;王田;贾维嘉;;无线传感器网络中一种基于行进启发的地理位置路由[J];传感技术学报;2007年02期
9 苏均宇;曾子维;石嘉鹏;;基于定向扩散路由协议的改进[J];传感技术学报;2007年03期
10 王培;周贤伟;覃伯平;赵鹏;郑连存;;基于多代理的无线传感器网络入侵检测系统研究[J];传感技术学报;2007年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王盛慧;邓志东;裴忠民;;无线传感器网络室内空气污染物节点的硬件设计与实现[A];2007年中国智能自动化会议论文集[C];2007年
2 刘珩;安建平;邓轶敏;;移动型传感器网络协议及组播体系结构分析[A];2005年海峡两岸三地无线科技学术会论文集[C];2005年
3 李雄伟;杨义先;周希元;;无线传感器网络路由协议安全性研究[A];2005年信息与通信领域博士后学术会议论文集[C];2005年
4 宋玉林;樊祥宁;张在琛;;无线传感器网络能量路由协议的研究[A];2006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(上)[C];2006年
5 彭刚;刘戎;王方年;孙广义;;无线传感器网络研究概述[A];广西计算机学会2007年年会论文集[C];2007年
6 陆慧娟;张雷;王明怡;陈科杰;;无线传感器网络在沿海滩涂检测中的应用[A];第三届和谐人机环境联合学术会议(HHME2007)论文集[C];2007年
7 陈涛;刘景泰;邴志刚;;无线传感网络研究与运用综述[A];天津市自动化学会第十四届学术年会论文集[C];2005年
8 杨卫;罗超;;无线传感器网络应用于深空探测的一些关键技术[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第四届学术年会论文集[C];2007年
9 马媛嫒;张文娜;秦国军;胡茑庆;;无线传感器网络在星球表面探测中的应用展望[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第四届学术年会论文集[C];2007年
10 王晨炜;罗丹彦;左德臣;;基于能量的半径自适应无线传感器网络路由协议设计[A];黑龙江省计算机学会2007年学术交流年会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 谢铮;移动自组网中Anycast路由协议及其安全机制的研究[D];中南大学;2004年
2 汪学清;无线传感器网络中连通与覆盖问题研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
3 任彪;无线传感器网络节能机制与移动性的研究[D];北京邮电大学;2006年
4 刘月阳;无线分布式网络中基于能量的路由算法和MAC算法研究[D];北京邮电大学;2006年
5 喻言;结构健康监测的无线传感器及其网络系统[D];哈尔滨工业大学;2006年
6 陈薇;非线性预测控制快速算法的研究与应用[D];中国科学技术大学;2007年
7 唐勇;无线传感器网络路由与广播算法研究[D];电子科技大学;2007年
8 詹建;基于无线传感器网络的协同技术研究[D];兰州大学;2007年
9 张重庆;无线传感器网络低耗自组方法研究[D];上海交通大学;2007年
10 陈积明;弱硬实时系统及其调度算法[D];浙江大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨洋;一种基于LEACH的无线传感器网络路由协议[D];电子科技大学;2006年
2 李炯;无线传感器网络路由算法研究[D];电子科技大学;2006年
3 许旺萍;无线传感器网络低功耗安全通信技术的探究与实现[D];电子科技大学;2006年
4 史永彬;自组织无线传感器网络技术的研究与实现[D];国防科学技术大学;2005年
5 董婷;传感器网络中基于自适应的路由算法研究[D];湖南大学;2006年
6 彭静;无线传感器网络中基于位置信息的路由算法研究[D];湖南大学;2005年
7 孟艳君;水声通信网MAC层协议的研究与仿真[D];哈尔滨工程大学;2006年
8 张晋;传感器网络的数据管理的研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
9 罗志华;无线传感器网络MAC层协议研究[D];北京邮电大学;2006年
10 韩翠红;无线传感器网络中时间同步技术的研究[D];北京邮电大学;2006年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 林亚平,王雷,陈宇,张锦,陈治平,童调生;传感器网络中一种分布式数据汇聚层次路由算法[J];电子学报;2004年11期
2 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
3 冯彦君,孙利民,钱华林,宋成;MANET中TCP改进研究综述[J];软件学报;2005年03期
4 李建中,郭龙江,张冬冬,王伟平;数据流上的预测聚集查询处理算法[J];软件学报;2005年07期
5 郭龙江;李建中;李贵林;;无线传感器网络环境下时-空查询处理方法[J];软件学报;2006年04期
6 沈波;张世永;钟亦平;;无线传感器网络分簇路由协议[J];软件学报;2006年07期
7 马华东;陶丹;;多媒体传感器网络及其研究进展[J];软件学报;2006年09期
8 李方敏;徐文君;高超;;一种适用于无线传感器网络的功率控制MAC协议[J];软件学报;2007年05期
9 李贵林;高宏;;传感器网络中基于环的负载平衡数据存储方法[J];软件学报;2007年05期
10 许力,张继东,郑宝玉,杨震;移动自组网能量保护策略研究进展[J];通信学报;2004年09期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周悦;李钢;高宇;单丹;;基于节点密度的无线传感器网络簇首选取机制[J];沈阳建筑大学学报(自然科学版);2008年03期
2 石为人;易军;许磊;黄剑;杨硕;;基于点着色的无线传感器网络频点分配算法[J];传感技术学报;2009年01期
3 曾夏玲;梁艳招;彭雅丽;余敏;;基于簇的无线传感器网络入侵检测系统[J];微电子学与计算机;2008年06期
4 李振汕;;无线传感器网络安全分簇问题研究[J];网络安全技术与应用;2011年08期
5 周红波;邢昌风;耿伯英;程远国;;基于粒子滤波的二元无线传感器网络分布式目标跟踪研究[J];传感技术学报;2010年02期
6 陈刚;陈强;;一种基于分簇结构的无线传感器网络密钥管理与分析[J];数字技术与应用;2010年12期
7 林力伟;许力;潘鹏贵;;基于网络编码的分簇传感器网络链路容错策略[J];计算机应用;2010年01期
8 周琴;李腊元;程真;;一种基于分簇的无线传感器网络动态密钥分发协议[J];传感技术学报;2009年07期
9 汪晓丁;林力伟;许力;;分簇传感器网络数据传输容错策略的研究[J];福建师范大学学报(自然科学版);2011年02期
10 沈金波;许力;曾毅;;基于可信分簇的传感器网络密钥管理策略[J];计算机系统应用;2008年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 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
2 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
3 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
4 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
5 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
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 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
2 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
3 本报记者 姚传富;科学准确地认识物联网[N];人民邮电;2009年
4 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
5 沈建苗 编译;理智部署无线传感网[N];计算机世界;2010年
6 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
7 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
8 ;无线传感器网络供电获新援[N];计算机世界;2004年
9 罗清岳;让无线传感器网络走入生活[N];电子资讯时报;2007年
10 记者 陆成钢 通讯员 尚晓天;以无线传感器网络打造智能化城市[N];嘉兴日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周伟;基于分簇的无线传感器网络关键技术研究[D];上海大学;2011年
2 王伟;无线传感器网络若干关键技术研究[D];华中科技大学;2011年
3 杨靖;无线传感器网络中高能效数据收集协议的研究[D];江南大学;2010年
4 郑杰;无线传感器网络周期性数据收集研究[D];中国科学技术大学;2010年
5 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
6 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
7 高腾;能量高效的无线传感器网络分簇路由协议研究[D];大连理工大学;2011年
8 汤波;无线传感器网络低功耗数据路由协议与传输技术研究[D];电子科技大学;2010年
9 刘新华;无线传感器网络功率控制与分簇路由算法研究[D];武汉理工大学;2010年
10 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
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 沈玲;无线传感器网络基于分簇的定位与覆盖算法的研究[D];东华大学;2011年
2 张强;基于数据相关的无线传感器网络分簇协议研究[D];山东大学;2010年
3 胡玲;无线传感器网络网络信息融合与目标跟踪的研究[D];华东理工大学;2012年
4 卢建刚;无线传感器网络路由算法的研究[D];江南大学;2012年
5 许永强;能量高效的无线传感器网络覆盖控制问题研究[D];武汉理工大学;2010年
6 王洋;无线传感器网络事件驱动型动态分簇算法研究[D];北京邮电大学;2010年
7 王战友;基于信任的无线传感器网络中数据融合的研究[D];山东师范大学;2010年
8 曹文;一种无线传感器网络系统的分析与设计[D];北京邮电大学;2011年
9 严丽云;无线传感器网络中的多基站定位以及分簇路由协议研究[D];南京邮电大学;2011年
10 曹啸;无线传感器网络分布式目标检测研究[D];南京邮电大学;2012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