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《国防科学技术大学》 2005年
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层次式无线传感器网络簇首选举与节点故障恢复技术研究

李亮  
【摘要】:无线传感器网络是由低成本,低功率,尺寸小并且能短距离通信的微型传感器节点通过自组织方式形成的网络。分簇结构的簇首选举和能量消耗是层次式无线传感器网络的两个重要问题。簇首选举决定了无线传感器网络的网络覆盖程度,进而决定了对物理世界的监测能力,能量消耗则决定了无线传感器网络的生存时间。簇首选举与能量消耗紧密联系在一起,在保证簇首选举能够获得最优簇个数的同时要尽可能的减少能量消耗。本文主要针对无线传感器网络能量高效的簇首选举算法和传感器节点的容错技术进行研究。 首先介绍了无线传感器网络的基本概念、特点、用途和研究方向,分析了现有路由协议的优缺点。对经典的无线传感器网络分簇协议LEACH进行了深入的研究。簇的形成方法是LEACH协议的主要内容,而簇首选举算法又是簇形成的核心。本文详细分析了簇首选举算法的关键技术和算法实现过程。并在此基础上对LEACH协议的模拟测试程序做了深入的剖析和研究。最后指出了分布式簇首选举算法和单跳簇的网络结构所存在的不足。 本文接着提出了能量高效的混合式簇首选举算法LEACH-M。研究证明传感器网络分簇的结构存在最优的簇首个数,使网络能耗最优。LEACH提出每轮选举出的簇首个数的均值是最优值k,而通过分析发现,在LEACH节点成为簇首的概率公式中候选簇首数只是一个估计值,不是系统实际运行中的候选簇首数。本文采用随机过程的方法分析发现,LEACH协议运行中簇首个数的均值并不是一个常数k,而是一个函数。在此基础上,提出了混合式簇首选举算法LEACH-M,通过在每轮数据传输的末端让基站向整个系统广播已经成为过簇首个数的信息包,使节点知道系统实际的候选簇首数,实现簇首个数的均值等于最优值k。模拟实验表明,LEACH-M算法较之LEACH算法不仅延长了系统生存时间,而且基站能够接收更多的数据。对LEACH-M增加的能量开销进行分析指出所增加的能量开销很小。 最后,本文对传感器节点的容错技术进行了研究。对于分簇的传感器网络结构,当簇内网络采用多跳中继的方式和簇首进行通信时,由于能量消耗的不均匀,使得中继节点大量消耗能量而失效,造成数据丢失。为解决该问题,本文提出了次最小跳数路由恢复算法,当节点的上一跳节点都失效时,为了减少能量开销,提出了采用同级跳数节点进行路由恢复的技术。针对簇首发生故障将会造成属于该簇的节点不可访问的问题。本文提出了容错簇节点簇首故障恢复算法,选举出簇首的邻居节点中能量最大的节点作为容错簇节点,对簇首进行故障检测,并在簇首故障时作为新的簇首恢复簇。模拟结果显示在节点发生故障时系统能够快速的从故障中恢复,系统的可靠性获得了提高。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TP212.9;TN929.5

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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6 周鹏;水下传感器网络海上试验平台的研究与设计[D];中国海洋大学;2010年
7 张书奎;无线传感器网络中信息分发的可靠性研究[D];苏州大学;2010年
8 刘昕;基于无线传感器网络的目标跟踪系统中的算法研究[D];华中科技大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 叶青;基于可信的无线传感器网络认证技术的研究[D];安徽工程大学;2010年
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3 高丽丽;大功率电动汽车多功能智能快速充电机的研究[D];山东科技大学;2010年
4 纪江涛;基于传感器网络的智能交通系统模型应用研究[D];山东科技大学;2010年
5 乔田田;无线传感器网络路由协议研究[D];山东科技大学;2010年
6 骆科学;基于ZigBee的无线传感器网络节点在矿井机车运输监控系统中的应用研究[D];山东科技大学;2010年
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9 张永琦;无线传感器网络中基于网关的分级簇算法研究[D];郑州大学;2010年
10 张磊;基于无线传感器网络的实验管理系统的设计与实现[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要报纸全文数据库 前2条
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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中国硕士学位论文全文数据库 前7条
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王伟;无线传感器网络安全技术研究[D];太原理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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【相似文献】
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2 王垚;基于覆盖率的无线传感器网络LEACH协议研究及改进[D];南京信息工程大学;2012年
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5 孔亮;无线传感器网络LEACH协议算法改进与仿真研究[D];太原科技大学;2010年
6 刘玉秀;无线传感器网络LEACH路由算法改进研究[D];山东大学;2010年
7 方玉杰;无线传感器网络LEACH协议的研究与改进[D];西安工业大学;2011年
8 张言嘉;无线传感器网络中LEACH算法的研究与改进[D];东北大学;2008年
9 蓝匀云;基于信息交互的无线传感器网络改进LEACH协议研究[D];华东理工大学;2012年
10 王宁波;无线传感器网络LEACH协议的研究和改进[D];郑州大学;2012年
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