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具有能量补给的无线传感器网络分簇路由算法研究

作　者: 张玉娟
导　师: 樊晓平
学　校: 中南大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 无线传感器网络环境能量补给太阳能振动能分簇路由算法
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 53次
引　用: 1次
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内容摘要

随着环境采能技术的日趋成熟,许多研究学者开始致力于探索环境采能技术在无线传感器网络(WSN)中的应用。无线传感器网络工作环境中存在多种形式的能量,将环境能量采集并加以利用,可以改善无线传感器网络电池受限的技术缺憾。太阳光照和机械振动是WSN一般应用环境中普遍存在的,对于具有环境采能的WSN,结合这两种能量补给的特点来研究有能量采集感知的WSN分簇路由问题,将会取得更高的能效和收益。本论文分析了太阳能、振动能补给的特点,设计了相应的能量补给模型,并且在各自的能量补给模型下,分别设计相适应的WSN分簇路由关键技术,包括：簇首选择机制、分簇机制、簇间路由机制。太阳能补给情况下,设计梯形能量补给模型,将网络划分为三个时期：耗能期、储能期和稳定期,各个时期采用不同的工作模式。无能量补给或能量补给较小时为耗能期,此时尽可能减小网络能耗；能量补给较大但全网能量水平不高时,需为网络存储能量,为储能期,同样采用节能的工作模式；当网络中能量补给充足,全网能量水平较高时,扩大节点通信半径,减小簇数目,使储能与耗能维持稳定,充分利用补给的能量,进入稳定期。振动能补给情况下,设计能量补给为正态分布的补给规律。采用区域划分方法,将网络按距基站远近分为不同层次区域,不同区域采用不同通信半径,从而平衡网络中节点的能量分布；簇首选择根据区域划分时计算的通信半径值来计算,同时考虑节点能量补给与剩余能量因素,使能量得到补给且剩余能量充足的节点被选为簇首的概率大,使越靠近基站的簇半径越小,从而均衡网络能耗。这两种能量补给下的路由算法均可适应各自的能量补给情况,能高效利用补给能量,且让网络有较好的生存能力。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 课题来源及研究意义  9-10
  1.2 环境能量采集  10-11
  1.3 国内外研究现状  11-13
  1.4 主要工作及论文组织结构  13
  1.5 小结  13-15
第二章无线传感器网络分簇路由算法  15-23
  2.1 引言  15
  2.2 分簇路由协议的设计目标与评价指标  15-16
  2.3 分簇路由算法的关键技术及实现方法  16-21
    2.3.1 分簇算法  17-18
    2.3.2 簇首选择  18-19
    2.3.3 数据传输  19-21
  2.4 主要研究方向  21-22
  2.5 小结  22-23
第三章太阳能补给下WSN分簇路由算法  23-41
  3.1 引言  23-24
  3.2 太阳能补给模型  24-26
    3.2.1 太阳能补给特点  24-25
    3.2.2 太阳能补给模型设计  25-26
  3.3 太阳能补给下WSN分簇路由算法设计思想  26-27
    3.3.1 网络模型  26
    3.3.2 设计思想  26-27
  3.4 ACSP算法详述  27-32
    3.4.1 簇首选择概率模型  27
    3.4.2 最佳通信距离计算  27-29
    3.4.3 算法流程  29-32
    3.4.4 工作模式  32
  3.5 仿真结果与分析  32-39
  3.6 小结  39-41
第四章振动能补给下WSN分簇路由算法  41-58
  4.1 引言  41
  4.2 振动能补给模型  41-42
    4.2.1 振动能补给特点  41-42
    4.2.2 振动能补给模型设计  42
  4.3 振动能补给下WSN分簇路由算法设计思想  42-43
  4.4 CVP算法详述  43-49
    4.4.1 网络模型  43
    4.4.2 区域划分机制  43-47
    4.4.3 簇首选择机制  47
    4.4.4 成簇及簇间信息交互机制  47-49
  4.5 仿真结果与分析  49-57
  4.6 小结  57-58
第五章总结与展望  58-60
  5.1 总结  58-59
  5.2 展望  59-60
参考文献  60-66
致谢  66-67
攻读学位期间主要的研究成果  67

具有能量补给的无线传感器网络分簇路由算法研究

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