学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

无线传感器网络分簇算法及其在TinyOS下的实现研究

作　者: 薛小龙
导　师: 许宗泽
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线传感器网络分簇算法负载均衡 TinyOS 能量高效
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 108次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

无线传感器网络是由大量廉价、低功耗且具有传感、数据处理和短距离无线通信功能的微型传感器节点组成,节点之间以无线自组织方式协同工作,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发布给观察者。无线传感器网络在目标跟踪、战场监测、生物医疗、环境监测等领域有广阔的应用前景。分簇算法和节点软硬件平台设计都是无线传感器网络的关键技术,对无线传感器网络的性能有很大的影响。本文首先对无线传感器网络进行概述,阐述了传感器网络的体系结构、特点以及关键技术,接着综述了几种典型的无线传感器网络分簇算法,并对现有分簇算法存在的不足进行了深入研究。然后,针对现有分簇算法存在的能量不均匀消耗问题,提出了一种基于负载均衡的无线传感器网络分簇算法LBEED,该算法通过建立能量模型,从整体上优化了能量消耗,此外,还通过功率控制机制使得网络内成簇大小均匀,从而均衡了网络内节点的负载。MATLAB仿真实验表明,该算法在负载均匀方面的性能要优于典型分簇算法HEED和LEACH。此外,节点软硬件平台设计也是无线传感器网络研究的一个重要方面,介绍了基于芯片CC2430的硬件平台设计以及TinyOS操作系统后,在该平台下实现了HEED以及LBEED算法,并实现了能量高效的X-MAC协议,引入了超低功耗的工作模式。在完成上述所有工作后,通过搭建一个小型的网络测试分簇算法以及X-MAC协议的性能。实验表明,LBEED算法能形成大小均匀的簇,X-MAC协议能使节点具有较低的能量占空比,从而延长了整个网络的生存周期。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
图、表清单  8-10
注释表  10-11
第一章绪论  11-18
  1.1 无线传感器网络概述  11-14
    1.1.1 无线传感器网络的体系结构  11-13
    1.1.2 无线传感器网络的特点  13-14
  1.2 无线传感器网络的关键技术及研究现状  14-16
    1.2.1 网络拓扑控制  14
    1.2.2 网络协议  14-15
    1.2.3 能量问题  15-16
    1.2.4 数据融合  16
  1.3 课题背景与本文的主要内容  16-17
  1.4 论文结构  17-18
第二章无线传感器网络分簇算法  18-27
  2.1 无线传感器网络分簇的概念  18-19
  2.2 无线传感器网络分簇的优势  19
  2.3 无线传感器网络分簇算法的评价指标  19-20
  2.4 几种典型的无线传感器网络分簇算法  20-24
    2.4.1 低能量自适应分簇（LEACH）协议  20-21
    2.4.2 混合能量高效分布式分簇算法 HEED  21-22
    2.4.3 能量高效负载非均衡（EEUC）分簇算法  22-24
    2.4.4 基于地理位置的分簇算法GAF  24
  2.5 无线传感器网络分簇算法的分析和总结  24-26
  2.6 本章小结  26-27
第三章一种基于负载均衡的无线传感器网络分簇算法  27-41
  3.1 模型假设及算法的设计目标  27-28
    3.1.1 能量模型  27-28
    3.1.2 网络模型  28
    3.1.3 算法的设计目标  28
  3.2 LBEED 算法研究基础  28-31
    3.2.1 LBEED 算法的思想  28
    3.2.2 最优簇头个数的计算  28-30
    3.2.3 节点传输半径的设置  30-31
  3.3 LBEED 算法  31-34
  3.4 算法的仿真和分析  34-40
  3.5 本章小结  40-41
第四章无线传感器网络平台的设计与实现  41-54
  4.1 节点硬件设计  41-42
  4.2 CC2430 芯片  42-46
    4.2.1 芯片的主要性能特点  42-43
    4.2.2 芯片内部结构  43-44
    4.2.3 CC2430 射频工作模式  44-46
  4.3 TinyOS 操作系统  46-50
    4.3.1 TinyOS 操作系统介绍  46-47
    4.3.2 系统开发语言nesC  47-50
  4.4 基于CC2430 无线传感器网络操作系统的实现  50-52
    4.4.1 nesC 编译支持  50-52
    4.4.2 CC2430 芯片支持代码  52
  4.5 本章小结  52-54
第五章无线传感器网络分簇算法在TinyOS 下的实现  54-69
  5.1 分簇算法的TinyOS 软件结构  54-57
  5.2 网络协议栈的实现  57-61
    5.2.1 路由协议  58-59
    5.2.2 MAC 协议  59-61
  5.3 实验分析  61-62
  5.4 超低功耗休眠模式  62-68
    5.4.1 网络内节点间的同步  64-66
    5.4.2 “睡眠锁”机制  66-67
    5.4.3 实验测试  67-68
  5.5 本章小结  68-69
第六章总结和展望  69-70
  6.1 全文总结  69
  6.2 研究展望  69-70
参考文献  70-74
致谢  74-75
在学期间的研究成果及发表的学术论文  75

相似论文

无线群控技术在团体操表演中的应用与研究,G837
随机路由在无线传感器网络中的研究与应用,TN929.5
基于无线传感器网络的农田环境监测系统路由协议的研究,TN915.04
基于多层WSN结构的非均匀簇路由协议研究,TP212.9
高校教务管理网上选课系统优化研究,TP393.09
基于Linux集群系统的负载均衡算法研究及在Webgis中的应用,TP393.05
LTE-A异构网络中的自组网技术研究,TN929.5
基于一种新经济模型的异构网络选择算法,TN929.5
基于QoS的无线Mesh网络路由协议及相关技术的研究,TN929.5
Ad Hoc网络中分簇路由算法的研究,TN929.5
基于分簇的移动sink传感网路由算法研究,TP212.9
构建分布式系统的关键技术研究与实现,TP338.8
基于S2SH框架的雅砻江虚拟研究中心系统研究与设计,TP311.52
基于负载均衡的混合型应用层组播模型研究,TP393.02
异构网络联合接纳与切换控制技术研究,TN929.5
基于逻辑卷的分级存储系统设计与实现,TP333
虚拟环境中多网络接口卡I/O调度系统的研究,TP334.7
RFID数据清洗处理策略与算法,TP391.44
基于分布式实时数据库的事务调度策略研究与改进,TP311.13
分布式内存数据库存储研究,TP311.13
负载均衡调度系统的设计与实现,TP393.02