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无线传感器网络休眠调度算法研究

作　者: 许文君
导　师: 孙力娟
学　校: 南京邮电大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 睡眠调度算法 无线传感器网络 数据时-空相关性 预测算法 能量均衡
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）具有资源有限、以数据为中心、节点数量众多且分布密集等特点，因此为了最大化网络的生命周期，在实现无线传感器网络的关键技术时，必须将均衡网络中的能耗放在首要位置。目前，节点调度算法是延长网络寿命的一种有效方法，但是并不适用于精度要求较高的无线传感器网络应用，因为节点的休眠会造成数据的缺失，降低精确性。因此，本文结合数据预测技术，首先提出了一种能量均衡的睡眠调度机制，在节省能量的同时使能耗均匀分布于整个网络，从而推迟了节点的死亡时间，并通过公式推导进行了理论分析。其次，提出了一种基于数据时间相关性的预测算法，该算法使用无偏灰色预测模型，用休眠节点的历史数据对未来时刻的数据进行预测；紧接着提出了一种基于数据空间相关性的预测算法，其主要思想是对节点数据之间采用灰色关联度分析方法，结合同簇内非休眠节点数据来间接预测休眠节点的数据；最后给出了一种自适应的基于数据时-空相关性的预测算法，基于信息最大化的原则，以误差绝对值之和最小为最优准则，建立组合预测模型，克服了单一模型的缺陷，减少了预测的随机性。理论分析及基于真实数据的仿真测试表明本文提出的算法能够很好的均衡节点能耗、延长网络寿命，并能够保证较高的数据精度，具有可靠、稳定的估计性能。

全文目录


中文摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-12
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 课题来源及本人工作  10-11
  1.3 本文组织  11-12
第二章 无线传感器网络的节点调度算法  12-22
  2.1 无线传感器网络概述  12-13
    2.1.1 无线传感器网络结构  12
    2.1.2 无线传感器网络的特点  12-13
  2.2 无线传感器网络的节点调度算法  13-21
    2.2.1 无线传感器网络中节点调度的必要性  13-15
    2.2.2 节点调度算法的设计目标  15-16
    2.2.3 节点调度算法的分类  16-19
    2.2.4 节点调度算法的比较  19-20
    2.2.5 节点调度算法中存在的问题  20-21
  2.3 本章小结  21-22
第三章 预测算法  22-34
  3.1 预测算法的分类  22-23
  3.2 常见的预测算法  23-30
    3.2.1 定性预测法  23-24
    3.2.2 回归预测法  24-27
    3.2.3 时间序列预测法  27-30
  3.3 预测算法的选择  30-31
  3.4 预测算法在无线传感器网络中的应用  31-33
  3.5 本章小结  33-34
第四章 基于预测的节点调度算法  34-50
  4.1 网络模型  34-35
  4.2 能量均衡的睡眠调度机制  35-37
    4.2.1 基本思想  35-36
    4.2.2 ESS算法的能耗分析  36-37
  4.3 基于数据时间相关性的预测算法  37-41
    4.3.1 无偏灰色预测模型  38-39
    4.3.2 DTCP算法的具体实现步骤  39-40
    4.3.3 DTCP算法的时间复杂度分析  40
    4.3.4 DTCP算法的适用环境  40-41
  4.4 基于数据空间相关性的预测算法  41-46
    4.4.1 灰色关联度分析  41-42
    4.4.2 权重系数的确定  42-43
    4.4.3 DSCP算法的具体实现步骤  43-44
    4.4.4 DSCP算法的时间复杂度分  44-45
    4.4.5 DSCP算法的适用环境  45-46
  4.5 基于数据时空相关性的预测算法  46-49
    4.5.1 DTSCP算法的基本思想  46
    4.5.2 组合权重系数的确定  46-47
    4.5.3 DTSCP算法的具体实现步骤  47-48
    4.5.4 DTSCP算法的时间复杂度分析  48-49
  4.6 本章小结  49-50
第五章 算法实现及性能分析  50-64
  5.1 仿真工具NS2  50-53
    5.1.1 NS2概述  50-51
    5.1.2 网络元素  51-52
    5.1.3 NS2仿真步骤  52-53
  5.2 算法在NS2中的实现  53-56
    5.2.1 算法在网络层的实现  53-55
    5.2.2 算法与NS2环境的连接  55-56
  5.3 仿真结果的性能分析及比较  56-62
    5.3.1 仿真环境  56-57
    5.3.2 评价指标  57-58
    5.3.3 仿真结果及性能比较  58-62
  5.4 本章小结  62-64
第六章 总结与展望  64-66
  6.1 总结  64-65
  6.2 展望  65-66
致谢  66-67
缩略词  67-68
图表清单  68-70
参考文献  70-74
攻读硕士学位期间学术成果  74

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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