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无线传感器网络非均匀分簇与双簇头选择机制研究

作　者: 李飞
导　师: 樊晓平
学　校: 中南大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 无线传感器网络非均匀分簇双簇头选择流量预测
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

无线传感器网络中,为有效的延长网络生存周期,均衡网络能量消耗,需要研究合理高效的路由协议算法。同平面路由相比,分簇路由算法被认为具有良好的发展前景,但当前多数分簇路由算法存在簇头节点负担过重,节点能耗不均,以及容易形成“热区”等情况,部分算法引入双簇头的思想虽有效缓解了主簇头的负担,但对副簇头的选择机制以及减少因采用竞争机制选择簇头所产生的能耗问题还缺少有效方法,因而在一定程度上也影响了无线传感器网络的性能。本文针对此种情况,首先引入双簇头机制,通过副簇头承担数据转发任务来减轻主簇头的负担,同时为减少分簇次数,延长簇存活周期,减少因簇头选择竞争造成的能耗,提出一种基于ARMA流量预测的WSN非均匀分簇双簇头选择算法(AUDC算法),算法利用主簇头结合ARMA模型对簇内副簇头在下一时刻需要转发的数据量进行预测,进而根据剩余能量选择能承担此次转发任务的副簇头,达到及时更换副簇头的目的。为有效解决网络“热区”问题,本文进一步提出了一种基于不等带宽圆环分区的WSN非均匀分簇算法(UCCB算法),该算法主要通过利用不等带宽圆环结合扇形区域进行网络分区,利用限制条件确定带宽增长因子和不同分区的簇数目以及其他参数的最优值,再进行非均匀分簇,用以达到均衡网络节点能耗以及总能耗最小的目的。在MATLAB平台上,本文对提出的两种算法进行了仿真实验,通过与LEACH算法、HEED算法等进行仿真比较,说明了新算法能有效延长网络的生存周期,实现网络的负载均衡。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章绪论  8-18
  1.1 课题研究背景及意义  8-9
    1.1.1 研究背景  8
    1.1.2 国内外研究现状  8-9
    1.1.3 研究目的与意义  9
  1.2 无线传感器网络概述  9-16
    1.2.1. 无线传感器网络定义  9
    1.2.2 无线传感器网络系统结构  9-10
    1.2.3 传感器节点结构  10-11
    1.2.4 基站节点组成  11
    1.2.5 无线传感器网络协议栈结构  11-13
    1.2.6 无线传感器网络特点  13
    1.2.7 无线传感器网络的应用  13-14
    1.2.8 无线传感器网络的关键技术  14-15
    1.2.9 无线传感器网络的性能评估  15-16
  1.3 本文研究内容及论文组织结构  16-18
第二章 WSN路由协议与典型算法分析  18-31
  2.1 路由协议概述  18-20
    2.1.1 无线传感器网络路由协议算法设计目标  18-19
    2.1.2 无线传感器网络路由协议算法设计面临挑战  19
    2.1.3 路由协议分类  19-20
  2.2 典型WSN路由算法  20-28
    2.2.1 平面路由  20-23
    2.2.2 分层路由协议  23-28
  2.3 几种典型的WSN路由算法比较  28-29
  2.4 本章小结  29-31
第三章基于ARMA流量预测的WSN非均匀分簇双簇头选择算法  31-43
  3.1 引言  31-32
  3.2 算法相关模型  32-33
    3.2.1 网络模型  32
    3.2.2 ARMA(Autoregresssive-Moving Averge)流量预测模型  32-33
  3.3 分簇方法  33-35
    3.3.1 簇头选择  33-34
    3.3.2 簇的形成  34
    3.3.3 副簇头的更换选择及簇重构  34-35
  3.4 基于ARMA流量预测的WSN非均匀分簇双簇头选择算法(AUDC)  35-39
    3.4.1 算法思想  35
    3.4.2 算法原则  35-36
    3.4.3 算法步骤  36-37
    3.4.4 算法流程图  37-39
  3.5 仿真与分析  39-42
    3.5.1 仿真实验一  39-40
    3.5.2 仿真实验二  40-42
  3.6 本章小结  42-43
第四章基于不等带宽圆环分区的WSN非均匀分簇算法  43-57
  4.1 引言  43-44
  4.2 系统模型  44
    4.2.1 能量模型  44
    4.2.2 数据融合模型  44
  4.3 基于不等带宽圆环分区的WSN非均匀分簇算法(UCCB)  44-52
    4.3.1 算法图示  44-46
    4.3.2 方法论述  46-47
    4.3.2 算法具体分析及步骤  47-52
  4.4 仿真及分析  52-56
    4.4.1 仿真实验一  52-54
    4.4.2 仿真实验二  54-55
    4.4.3 仿真实验三  55-56
  4.5 本章小结  56-57
第五章总结与展望  57-59
  5.1 总结  57-58
  5.2 展望  58-59
参考文献  59-64
致谢  64-65
攻读硕士学位期间完成的研究成果  65

无线传感器网络非均匀分簇与双簇头选择机制研究

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