收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

延长无线传感器网络生命周期的相关算法研究

包旭  
【摘要】:无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)是近年来随着微机电系统、嵌入式计算、无线通信等技术的发展而成为研究和应用热点的新型网络,它是物联网的基础,以数据为中心,提供信息的感知和协同处理功能,且在国防军事、智能交通、智能建筑、环境监测、医疗卫生等领域都有着广泛的应用。然而,与传统网络不同,无线传感器网络具有节点密集、资源(能量、计算能力、通信能力等)受限以及动态拓扑等特点,这使得其各种算法的设计首要目标就是延长网络生命周期。本文针对无线传感器网络的节点调度算法、空洞修复算法、路由算法以及异构网络的时间同步算法进行了研究,主要内容及成果如下: (1)针对在实际应用网络中往往会有部分异构节点的情况,提出了异构无线传感器网络的分簇时间同步算法——CTSA。在CTSA算法中,每一轮的时间同步由sink节点发起,各个异构节点收到发起消息后,向sink节点发送簇首当选请求消息,并在得到sink节点的确认后充当簇首,然后在网内广播自己的当选消息,普通节点选择最近的异构节点作为自己的簇首并加入簇。时间同步的过程也首先在sink节点与簇首之间进行,然后在各个簇内的簇首与普通成员之间进行。本文分析了时间同步过程中的误差来源,并利用多个同步字节以及最小二乘拟合法减小时间同步误差。仿真结果表明,在异构网络应用中,CTSA算法比FTSP算法有着更高的网络同步比率、同步精度与生命周期,同时有着较低的同步能耗。 (2)针对目前已有的节点调度算法不能保持网络初始覆盖的问题,提出了保持覆盖的无线传感器网络簇内节点调度算法——CPNSC。CPNSC算法采用与LEACH算法同样的分簇算法将网络分簇,各个簇首负责建立簇内的节点信息表以及两两节点距离表,并根据节点的两两距离、节点的感知半径按照节点ID从小到大的顺序依次判断各个簇内节点是否是冗余节点,若是,则在节点信息表中标出。待簇首将所有节点都计算完毕后,将节点信息表在簇内广播,接收到信息表的节点根据信息表决定是否调度自己进入睡眠状态。仿真表明,CPNSC算法在不同的节点感知半径下有着不同的性能表现,且在感知半径达到一定的数值后,即使继续增大,对网络的性能影响也不大。这是因为CPNSC算法的性能同时受到节点感知半径与簇的大小的影响,当感知半径很大时,簇的大小则起到决定性作用。仿真同时表明,在冗余节点不足够多的情况下,CPNSC算法在生命周期、能耗等性能上都要优于E-LEACH算法。 (3)针对已有的无线传感器网络覆盖空洞检测与修复算法需要每轮重复进行的问题,在CPNSC算法基础上,提出了面向节点失效的无线传感器网络簇内覆盖空洞修复算法——CHPA。CHPA算法无需网络定时进行覆盖空洞检测,而是当某个普通节点即将因为能量耗尽而失效时,立即发送失效信息给簇首,簇首则根据簇内冗余节点的相关信息,确定激活哪个冗余节点。确定冗余节点的依据是:该冗余节点与失效节点的距离小于感知半径,且该冗余节点与覆盖空洞的边界节点的相邻个数最多。由于CHPA算法是在CPNSC算法的基础上完成的,因此,CHPA算法有着与CPNSC算法同样的特性:算法的性能同时受到节点感知半径与簇的大小的影响,这在仿真中得到了验证。同时,仿真也表明了网络覆盖率、单轮能耗、单轮时耗等方面,CHPA算法都比3MeSH算法有着更好的表现。 (4)针对LEACH算法中存在的问题,对LEACH算法进行了改进,提出了基于簇的能量高效路由算法——EERA。在EERA算法中,簇首的选举、簇间路由的确定以及普通节点加入簇等步骤,都需要考虑多个因素,具体来说,簇首的选举过程中考虑节点的剩余能量与邻节点个数;簇间路由确定的过程中考虑某个簇首到下一跳簇首的距离以及该下一跳簇首的剩余能量;普通节点加入簇的过程中考虑节点与簇首之间的距离以及簇首转发消息的能耗系数。在这三个步骤中同时考虑多个因素,可以有效地平均网络能耗,尤其是簇首的能耗。仿真表明,EERA算法的簇首能耗,网络整体能耗、网络生命周期等性能参数都要优于LEACH算法、LEACH-EE算法和EERP算法。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 杜吉龙;;基于MC68HC908RF2的无线温度传感器[J];半导体技术;2008年01期
2 武佳;;感应绿色微软[J];互联网周刊;2009年15期
3 曾庆化;刘建业;赵飞;孙永荣;;基于GPS和无线传感器的智能交通系统[J];全球定位系统;2009年05期
4 陈俊;唐余亮;雷鹰;;基于桥梁结构健康监测的无线传感系统自愈性研究[J];中国新通信;2010年07期
5 许世清;孙建中;王大东;姚伟;;基于太阳能的低功耗无线传感器能量装置[J];科技风;2010年22期
6 高景菊;张文娟;周文刚;张青峰;;基于便利因子分簇路由优化算法[J];周口师范学院学报;2011年02期
7 吴嘉慧;韩韬;施文康;;数字正交检波技术在无线声表面波传感器系统中应用[J];电子测量技术;2002年02期
8 彭刚,曹元大,孙利民;无线传感器网络时间同步协议[J];计算机应用;2005年06期
9 田丰民,陈向东,张传武;无线传感器网络动态功率管理方法[J];传感器技术;2005年11期
10 刘晓荣;魏孔鹏;;基于SOC的短距离无线传感器采集网络[J];通信技术;2009年08期
11 韩坤;;基于物联网的城市环境噪声监控系统的设计与应用[J];商场现代化;2011年01期
12 王凯;王亚刚;邵惠鹤;;无线可燃气体检测系统设计与实现[J];控制工程;2011年04期
13 ;用于家庭护理的无线传感器网络系统[J];中国科技信息;2004年07期
14 李毅治;张月琳;;无线传感器网络在医药学领域的应用[J];药学进展;2005年12期
15 郑鹏;郑更生;龚志勇;贺贵明;;基于输电走廊的无线传感器网络结构研究[J];武汉大学学报(工学版);2006年03期
16 冷毅;赵根宝;李青侠;董天临;;基于无线传感器和CAN总线的自动识别的轿车胎压监测系统[J];仪表技术与传感器;2007年06期
17 王丹;王家海;;基于nRF903的无线倾角传感器设计[J];光盘技术;2008年11期
18 倪振松;蔡曙日;李瑞华;;一种无线传感器监测系统的设计和研究[J];电子技术应用;2009年03期
19 孙社文;;TinyOS中基于优先级的软实时任务调度[J];微计算机信息;2010年08期
20 孟召龙;张晓青;孙转兰;李强;陈安琪;徐婷;;一种基于聚丙烯孔洞型铁电驻极体薄膜的新型传感器[J];材料开发与应用;2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张超;裘进浩;沈辉;季宏丽;吴一丰;徐姣;;振动能量回收功能的无线传感器[A];第十届全国振动理论及应用学术会议论文集(2011)下册[C];2011年
2 李华;;智能化广谱无线传感器系统融合物联网云计算平台在环境保护中的应用[A];2010中国环境科学学会学术年会论文集(第二卷)[C];2010年
3 董晓梅;周越德;李晓华;;一种无线传感器网络数据安全免疫体系结构[A];第26届中国数据库学术会议论文集(A辑)[C];2009年
4 刘哲;赵德双;王秉中;;时间反演在无线传感器电磁共存中的应用前景[A];2011年全国微波毫米波会议论文集(下册)[C];2011年
5 饶頔;杜尚丰;李道亮;马道坤;;一种农用无线传感器网络能耗优化管理研究[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
6 董晨华;袁慎芳;吴键;;用于结构疲劳测试的无线传感器网络节点的设计[A];2010航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2010年
7 李艳辉;李雷;万明;;基于分层结构的无线传感器网络入侵检测系统[A];2010年通信理论与信号处理学术年会论文集[C];2010年
8 胡荣春;姚远程;;无线传感器网络节点的分布式分层定位方法[A];Proceedings of the 2011 Chinese Control and Decision Conference(CCDC)[C];2011年
9 曲祯钰;;无线传感器时间同步技术综述[A];中国计量协会冶金分会2010年会论文集[C];2010年
10 窦楠;杜尚丰;赵亮;;基于JN5139无线传感器网络节点的设计[A];纪念中国农业工程学会成立30周年暨中国农业工程学会2009年学术年会(CSAE 2009)论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 包旭;延长无线传感器网络生命周期的相关算法研究[D];长安大学;2011年
2 黄日茂;无线传感器网络故障管理机制与算法[D];北京邮电大学;2012年
3 王珂;矿井无线传感器网络节点部署关键技术的研究[D];中国矿业大学;2011年
4 曹向辉;无线传感器/执行器网络的体系结构与算法研究[D];浙江大学;2011年
5 易军;无线传感器/执行器网络协作算法研究[D];重庆大学;2010年
6 窦金凤;无线传感器网络生命周期延长算法研究[D];中国海洋大学;2008年
7 王晓敏;无线传感器网络数据收集与路由协议研究[D];电子科技大学;2010年
8 张霞;无线传感器网络路由协议若干关键问题研究[D];解放军信息工程大学;2009年
9 蒋鼎国;无线传感器网络农业信息监控系统设计与数据融合研究[D];江南大学;2010年
10 李桂丹;无线传感器网络路由协议及容错事件边界检测研究[D];天津大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 田恩泽;基于能量有效的无线传感器网络路由协议的研究[D];太原理工大学;2010年
2 全巧艳;无线传感器网络生命周期延长算法的研究[D];南京航空航天大学;2010年
3 先兴平;博弈论在无线传感器网络路由中的应用研究[D];重庆邮电大学;2011年
4 代泽兰;无线传感器网络路由协议的研究与实现[D];电子科技大学;2010年
5 刘田;无线传感器网络节点包转发策略博弈模型研究[D];暨南大学;2010年
6 王伦;无线传感器反应网络中的拥塞控制研究[D];华中师范大学;2011年
7 王举;基于功率控制的无线传感器网络拓扑控制算法的研究[D];北京交通大学;2010年
8 李川;无线传感器网络节点的三维定位算法研究[D];电子科技大学;2010年
9 刘银平;无线传感器网络路由协议研究[D];安徽工业大学;2010年
10 宋立伟;无线传感器网络节点的设计及在农业中的应用[D];大连海事大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 马文方;无线传感器网跟物联网是两码事[N];中国计算机报;2010年
2 中科院计算所 徐朝农 赵磊 徐勇军;设计一个无线传感器网络节点[N];计算机世界;2005年
3 韩武;让网络无“微”不至[N];网络世界;2004年
4 胡湘华 杨学军;操作系统设计[N];计算机世界;2004年
5 志梅;GE医用无线传感器有望实现远程医疗[N];中国医药报;2009年
6 闫超;美研究无线传感器以“预警”桥梁倒塌[N];新华每日电讯;2007年
7 ;ZigBee遇到竞争对手[N];网络世界;2008年
8 毅文;NEC M2M:让机器不再冰冷[N];通信产业报;2007年
9 记者  王俊鸣;美开发出可植入毛细血管的传感器[N];科技日报;2006年
10 ;NEC M2M:让机器不再“冰冷”[N];人民邮电;2007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
  • 010-62982499
  • 010-62783978