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无线传感器网络自组织算法的能量性能评估

作　者: 侯玲
导　师: 武穆清
学　校: 北京邮电大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线传感器网络自组织算法能耗性能 OMNET++ Imote2
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

无线传感器网络综合了传感器技术、信息处理技术和网络通信技术,是信息技术中的一个新的领域。在军事国防、城市管理、生物医疗、环境监测、防恐反恐、危险区域远程控制等许多重要领域都有潜在的实用价值,被认为是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。由于传感器节点能量来源于电池,并且多分布于人力无法到达的地区,因此节能是设计的主要考虑目标之一目前已经存在很多无线传感器网络自组织算法,但大多只考虑到网络拓扑结构形成初期的能量消耗,忽视了拓扑维护阶段的相应能耗。因此,论文将综合两阶段考虑,致力于对不同类型的三种自组织算法进行能量消耗性能比较,最终通过仿真平台和真实节点平台实验,得到拓扑结构与能量消耗间的规律即在整个网络生命周期内,个使用本地信息进行网络维护、具有回环结构的算法要比使用全局信息进行网络维护的无环算法能量效率要高。并证明了提出的基于网格的连通支配集(Mesh-CDS)算法具有最好的能耗性能,指导无线传感器网络自组织算法的设计和选择。论文第一章介绍了研究背景及无线传感器网络概述,包括无线传感器网络节点结构、体系结构及网络协议栈,并将无线传感器网络和传统网络进行了比较,总结了无线传感器网络的研究进展和应用领域,最后总结了本论文主要的研究内容。第二章介绍了自组织的定义,将自组织算法和路由算法进行比较,讨论了无线传感器网络自组织算法的分类。针对论文中研究的无线传感器网络的三种自组织算法：洪泛树(Flooding Tree)算法、基于最大独立集的连通支配集(MIS-CDS)算法和基于网格的连通支配集(Mesh-CDS)算法进行了原理讲述,并综合网络初始化阶段和维护阶段两方面进行分析,总结了衡量无线传感器网络自组织算法优劣的评价标准。第三章为无线传感器网络自组织算法在OMNET++仿真平台上的实现和结果分析部分。介绍了OMNET++仿真软件,对三种无线传感器网络自组织算法进行仿真实现,并对仿真结果进行分析。第四章为无线传感器网络自组织算法在和真实Imote2节点上的实现和结果分析部分。介绍了Imote2节点的性能参数,研究了IEEE802.15.4标准,介绍了节点上的整体编码结构设计和用户界面设计,最后对实验结果进行了分析。第五章为总结与展望。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章前言  12-23
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 无线传感器网络概述  13-19
    1.2.1 无线传感器网络节点结构  13-14
    1.2.2 无线传感器网络体系结构  14-15
    1.2.3 无线传感器网络协议栈  15-18
    1.2.4 与传统网络的区别  18-19
  1.3 无线传感器网络研究进展  19-21
    1.3.1 研究进展  19-20
    1.3.2 应用领域  20-21
  1.4 论文研究内容  21-23
第二章无线传感器网络自组织算法概述  23-32
  2.1 自组织的定义  23-24
  2.2 自组织算法与路由算法  24
  2.3 无线传感器网络自组织算法的分类  24-25
  2.4 研究的无线传感器网络自组织算法  25-30
    2.4.1 洪泛树(Flooding Tree)算法  25-26
    2.4.2 基于最大独立集的连通支配集(MIS-CDS)算法  26-28
    2.4.3 基于网状(Mesh)网络的连通支配集(Mesh-CDS)算法  28-30
  2.5 本章小结  30-32
第三章 OMNET++仿真实验  32-43
  3.1 OMNET++介绍  32-36
    3.1.1 OMNET++概述  32-33
    3.1.2 OMNET++组成  33-34
    3.1.3 OMNET++系统结构  34-35
    3.1.4 OMNET++建模流程  35-36
  3.2 仿真平台  36-37
  3.3 仿真结果  37-41
  3.4 本章小结  41-43
第四章 Imote2节点实验  43-59
  4.1 Imote2节点介绍  43-44
  4.2 IEEE 802.15.4标准概述  44-46
  4.3 编码结构设计  46-53
    4.3.1 整体编码结构设计  46-47
    4.3.2 应用技术介绍  47-53
  4.4 用户界面设计  53-54
  4.5 实验结果  54-56
  4.6 本章小结  56-59
第五章总结与展望  59-61
参考文献  61-63
缩略语  63-64
致谢  64-65
攻读学位期间发表的学术论文目录  65

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