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无线传感器网络中的节点调度算法研究

作　者: 刘金霞
导　师: 顾乃杰
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 无线传感器网络 节点休眠调度策略 网络生存期 网络覆盖 网络连通 节点保护 目标监控
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 154次
引　用: 2次
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内容摘要


无线传感器网络是由部署在监测区域内的传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络,具有低功耗、低成本及易于部署的特性,在军事安全、环境监测、远程医疗等诸多领域有很好的应用前景。构成网络的传感器节点能量有限,难以满足网络长期稳定运行的应用需求,限制了传感器网络的应用。用能量有限的节点实现期望的网络生命期,成为传感器网络研究中最关心的问题。目前最常见也是最直接的解决方法就是节点休眠调度策略:利用网络部署的冗余性,通过保持冗余节点休眠,节省节点能耗,延长网络系统的生存期。本文基于IEEE 802.11 MAC协议,针对如何在满足应用需求的同时,提高网络生存期,开展了以下研究工作:针对目前缺少兼顾网络区域覆盖、网络连通和节点保护的节点调度策略,提出一种基于分布式节点冗余性判定机制的节点休眠调度策略——ECNS算法。ECNS中,节点通过局部通讯获取局部拓扑信息,并利用该信息独立地判定其冗余性;冗余节点进入休眠状态,其余节点则处于活跃状态,感知并传输数据。通过关闭冗余节点,ECNS可以在满足网络覆盖、连通以及节点自我保护的同时,有效的延长网络生存期。ECNS可以有效地平衡网络中节点的负载和能耗,具有分布式的实现方式和低通讯代价及低计算复杂度。通过与分簇式的路由协议LEACH相结合,对ECNS的性能进行了评估,仿真实验表明,与未使用ECNS的LEACH协议相比,ECNS可有效降低节点能耗,延长网络生存期。针对多孤立目标连续监控的传感器网络,本文提出一种分布式的节点休眠调度策略——CTMNS算法,以提高该类网络的节点能量利用率,延长网络生存期。该算法可以对网络中多个孤立目标提供连续监控,允许不同的目标有不同的期望覆盖度。在CTMNS中,每个传感器节点都关联一个与节点分布和剩余能量相关的权值,节点可以独立地计算其关联权值大小,并通过局部通信计算权值在临近节点中的排序,利用节点冗余性判定机制,节点根据排序结果判定其冗余性,冗余性为真的节点关闭电源处于休眠状态,其余节点进一步利用CTMNS决定是否保持活跃,以满足对目标的监控需求。仿真结果表明, CTMNS可将对目标的有效监控时间提高到无节点休眠调度策略的目标监控算法的2.7倍。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-18
  1.1 无线传感器网络概述  9-12
  1.2 无线传感器网络关键技术  12-16
  1.3 本文研究内容和研究思路  16-17
  1.4 本文的组织结构  17-18
第二章 传感器网络节点休眠调度机制的相关工作  18-31
  2.1 节点休眠调度策略的设计难点  18-22
    2.1.1 传感器网络中的覆盖问题  19-21
    2.1.2 传感器网络连通性  21
    2.1.3 传感器网络中的节点保护问题  21-22
  2.2 研究现状  22-29
    2.2.1 基于集合论的节点休眠调度策略研究现状  23-25
    2.2.2 基于数值计算的节点休眠调度策略研究现状  25-26
    2.2.3 分布式的节点休眠调度策略研究现状  26-29
  2.3 能量模型  29-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章 基于网络覆盖的节点休眠调度算法  31-45
  3.1 问题描述及网络模型  31-33
  3.2 基于网络覆盖的节点休眠调度算法  33-39
    3.2.1 相关定义  33-35
    3.2.2 节点冗余性判定机制  35-36
    3.2.3 节点休眠调度策略ECNS  36-39
    3.2.4 算法讨论  39
  3.3 仿真实验  39-44
    3.3.1 实验场景设置  39-40
    3.3.2 仿真实验结果及分析  40-44
  3.4 本章小结  44-45
第四章 基于目标监控的节点休眠调度算法  45-59
  4.1 研究意义  45-47
  4.2 网络模型与假设条件  47-48
  4.3 基于目标监控的节点休眠调度算法  48-53
    4.3.1 CTMNS 算法思想  48-49
    4.3.2 CTMNS 算法实现步骤  49-52
    4.3.3 路由策略  52-53
    4.3.4 性能分析  53
  4.4 算法讨论  53-54
  4.5 仿真实验分析  54-58
    4.5.1 实验设计  54-55
    4.5.2 实验结果分析  55-58
  4.6 本章小结  58-59
第五章 总结  59-61
  5.1 本文工作总结  59-60
  5.2 下一步的研究工作  60-61
参考文献  61-68
致谢  68-69
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果  69

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 传感器的应用
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