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无线传感器网络数据融合技术的研究与实现
作 者: 肖利华
导 师: 刘琼
学 校: 华南理工大学
专 业: 计算机应用技术
关键词: WSN 数据融合 非均匀分簇 异步变更簇头 融合因子
分类号: TN929.5
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是当今国内外备受关注的、由多学科高度交叉形成的新兴前沿研究与应用领域。无线传感器网络的基本功能是收集并传输大量传感器节点感应的监测区域对象的各种信息。如何降低数据传输量、提高传输效率是无线传感器网络所面临的挑战之一。数据融合技术正是以减少网络冗余数据、降低网络数据通信量、节省节点能量、提高信息收集准确率为目的的,这使它成为无线传感网络的重要研究课题之一。本文通过综述无线传感器网络数据融合领域的研究现状,结合网络层与路由相结合的数据融合技术及相关问题展开研究。最后总结全文工作和相关技术的应用,并讨论未来数据融合技术的发展方向。本文的主要工作包括以下三个方面:1.介绍了当前无线传感器网络及数据融合技术的研究现状,对多种数据融合技术进行比较研究。通过对典型的基于路由协议的数据融合方法进行分析,发现无线传感器网络中的分簇拓扑结构具有便于管理、利于分布式算法的应用、具有对系统变化反应快速、可扩展性好、适合运用于大规模网络的数据融合的特点;而且网络层融合对节省能量、均衡负载、延长WSN生命周期有着显著的作用。WSN中的簇头分布、簇头数目、簇头改选方式、簇头的数据融合能力和融合方式等也是影响网络生命周期的重要因素。2.从网络性能出发,在LEACH协议基础上提出一种适合WSN的非均匀分簇异步更换簇头的数据融合协议(Data Fusion Based on Un-even Clustering and Asynchronous Reelecting Cluster Head),简记为DFUCAR。论述了该协议的实现思路和技术特点,并利用网络仿真工具NS2对协议进行仿真实验,实验结果表明:与LEACH协议相比,DFUCAR在同等网络条件下,节点存活时间延长约47%,节点能量消耗节省约25%,基站成功接收数据比率更高。数据表明DFUCAR协议在多个方面优于LEACH协议,更适合无线传感网节省节点能量,延长网络生命周期的需求。3.结合著名WSN产品——Crossbow无线传感器网络套件,分析其平台的结构特点、数据传输流程及中间节点对数据的处理过程,给出DFUCAR通过Crossbow平台运用于实际应用的实现流程。
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全文目录
摘要 5-6 ABSTRACT 6-10 第一章 绪论 10-14 1.1 选题背景 10-11 1.2 选题目的与意义 11-12 1.3 本文工作 12-14 第二章 相关技术介绍 14-32 2.1 无线传感器网络概述 14-20 2.1.1 无线传感器网络的体系结构 14-15 2.1.2 无线传感器网络的节点结构 15-16 2.1.3 无线传感器网络的特点 16-18 2.1.4 无线传感器网络的应用与发展 18-20 2.2 无线传感器网络数据融合技术 20-31 2.2.1 数据融合的由来 20-21 2.2.2 数据融合的作用 21-22 2.2.3 数据融合模型 22-23 2.2.4 数据融合的分类 23-26 2.2.4.1 基于源数据之间的关系划分 23-24 2.2.4.2 基于融合操作的抽象级别划分 24-25 2.2.4.3 根据数据融合与应用层数据语义之间的关系划分 25-26 2.2.5 网络层数据融合 26-31 2.3 本章小结 31-32 第三章 基于路由协议的数据融合及改进 32-43 3.1 典型与路由结合的数据融合协议 32-36 3.1.1 LEACH协议 32-34 3.1.2 LEACH-C协议 34-35 3.1.3 HEED协议 35 3.1.4 DEEG 协议 35-36 3.1.5 小结 36 3.2 基于分布式异步分簇路由的数据融合协议 36-42 3.2.1 网络模型 37 3.2.2 网络性能因子选择 37-41 3.2.3 改进DFUCAR算法描述 41-42 3.2.4 协议分析 42 3.3 本章小结 42-43 第四章 实验仿真与结果分析 43-62 4.1 NS2 介绍 43-47 4.1.1 NS2 结构介绍 43-46 4.1.2 NS2 数据传输流程 46-47 4.1.3 NS2 工作流程 47 4.2 DFUCAR协议仿真 47-54 4.2.1 仿真场景 47-48 4.2.2 仿真过程 48-54 4.3 仿真结果及分析 54-61 4.4 本章小结 61-62 第五章 路由协议在CROSSBOW系统中的应用 62-66 5.1 实验环境介绍 62-63 5.1.1 硬件平台 62 5.1.2 软件平台 62-63 5.2 DFUCAR协议在CROSSBOW系统中的应用 63-65 5.3 本章小结 65-66 结论 66-68 参考文献 68-72 攻读硕士学位期间取得的研究成果 72-73 致谢 73
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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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