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无线传感器网络中基于消息摆渡的信息汇集策略

作　者: 袁婧
导　师: 朱艺华
学　校: 浙江工业大学
专　业: 管理科学与工程
关键词: 无线传感器网络消息摆渡网络分割数据收集
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 21次
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内容摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)由部署在监测区域内的大量具有传感、信号处理和无线通信功能的微型传感器所组成,具有自组织、功耗小、快速灵活部署、可扩展性强等优点,在军事、医药和环境监测等诸多领域都得到了广泛应用。在无线传感器网络中,节点能量与通信距离的限制以及节点受到恶劣天气与环境变化等因素的影响,可能会导致网络分割(NetworkPartitioned)。一旦网络出现分割,传统的路由协议就无法将不同分区(Partition)内的数据汇集到基站(Sink节点)。本文利用移动节点作为摆渡节点,采用消息摆渡(Message Ferrying)的方式,在可容忍的时延内,将分散在不同分区内的数据汇集到Sink节点,以解决分裂网络中信息汇集的问题。本文取得的主要研究成果如下:(1)针对分裂无线传感器网络的特点,提出了一种基于消息摆渡的数据收集方法,构造了优化到达基站的单位比特数据时延和数据丢失率的数学规划问题,并详细分析了所提出的信息汇集策略的过程及单位比特数据时延的求解过程。(2)本文将摆渡节点遍历簇首的问题归结为一个TSP(TravelingSalesman Problem)建模,并采用遗传算法来解决。给出了摆渡节点最优路径的一种分段方案以及当摆渡节点同时处于两个簇首通信范围时的信息收集方案。(3)摆渡节点按最优路径在各个簇首间均速行走过程中,可能因为通信时间不足使得缓存在簇首的数据不能全部被摆渡节点所接收,从而导致数据被丢弃。本文提出了允许摆渡节点在簇首停留一段时间来解决这一问题,并给出了优化模型。(4)通过数值试验,详细分析了摆渡节点的运行速度、节点的内存空间等因素对单位比特数据时延以及数据丢弃率的影响。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-15
  1.1 研究背景及目的意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-13
  1.3 论文的主要研究内容与创新之处  13-15
2 无线传感器网络概述  15-25
  2.1 无线传感器网络基础  15-20
  2.2 无线传感器网络的体系结构  20-21
    2.2.1 网络系统结构  20
    2.2.2 节点结构  20-21
  2.3 无线传感器网络的路由算法  21-25
    2.3.1 基于聚簇的路由协议  21-22
    2.3.2 基于地理位置的路由协议  22-23
    2.3.3 基于数据查询的路由协议  23-24
    2.3.4 基于能量感知的路由协议  24
    2.3.5 可靠的路由协议  24-25
3 分裂网络及其相关路由协议  25-32
  3.1 分裂无线传感器网络的定义  25-26
  3.2 适用于分裂无线传感器网络的路由方法  26-32
    3.2.1 传染路由(Epidemic routing)协议  26-28
    3.2.2 喷洒与等待(Spray and wait)路由  28-29
    3.2.3 数据骡(data mules)方法  29-30
    3.2.4 信息摆渡”(Message Ferrying)方法  30-32
4 分裂无线传感器网络中基于消息摆渡的信息汇集策略  32-46
  4.1 分裂网络及摆渡节点  32-33
  4.2 数学模型  33-36
  4.3 摆渡节点(ferry)的最优路径  36-40
    4.3.1 遗传算法简介  36-38
    4.3.2 基于遗传算法的ferry最优路径  38-40
  4.4 路径分段模型  40-42
  4.5 信息汇集过程  42-44
  4.6 优化问题  44-46
    4.6.1 时延优化问题  44-45
    4.6.2 数据丢失率优化问题  45-46
5 算法仿真与性能分析  46-51
  5.1 仿真环境与配置  46-47
  5.2 仿真结果与分析  47-51
    5.2.1 Ferry经过簇首不停留的情况  47-49
    5.2.2 Ferry经过簇首停留的情况  49-51
6 工作总结与展望  51-53
  6.1 总结  51-52
  6.2 展望  52-53
参考文献  53-58
致谢  58-59
攻读学位期间主要科研成果  59

无线传感器网络中基于消息摆渡的信息汇集策略

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