无线传感器网络节能与生存时间感知的数据收集算法

【摘要】： 近年来,随着芯片技术、通信技术和传感器技术的飞速发展,无线传感器网络得到了广泛的应用。无线传感器网络由大量的集成有传感器单元、数据处理单元及无线通信单元的节点组成,节点与节点之间采用自组织的方式构成网络。其目的是协作感知、采集和处理布控区域中各种环境或监测对象的信息,并发送给数据接收者,可广泛地应用于国防军事、环境检测、反恐抗灾、医疗卫生等领域。 无线传感器网络中的节点一般采用电池供电,且通常运行在人无法接近的恶劣甚至危险的环境中,因此节点在能量的供给上受到了很大的限制。如何节省节点的能量以延长网络的生存时间,是无线传感器网络研究领域的重要课题。 本文着重研究了无线传感器网络的数据收集问题,以延长网络生存时间为主要目的。网络生存时间与节点的能耗密切相关,一旦某些关键节点的能量耗竭,网络就无法正常工作。网络的能耗主要由传输数据产生,它与节点之间的距离有关,距离越大,能耗也越大。因此,在网络中经常采用短距离多跳(Multi-hop)传输方式来传输数据,以此降低能耗。但多跳传输会增大数据传递的时延。考虑到多跳传输会引起不同节点能量消耗不均的问题——越是靠近基站的节点由于转发的数据分组量大,其能量消耗得也越快,本文提出了生存时间感知的数据收集算法(LDGA,Lifetime-aware Data Gathering Algorithm)。LDGA综合考虑网络中各节点的剩余能量与节点间传输数据的能量消耗,构建出延长网络生存时间的数据收集树。仿真分析表明,该算法可以显著地延长网络生存时间。 为了权衡节点能耗与数据传递时延,本文还提出一种能耗感知的优化网络生存时间的数据收集算法,称之为分流路由算法(DTRA,Diffluent Traffic Routing Algorithm)。DTRA算法采用一个优化模型以改善每个节点发出数据比例,并采用遗传算法求解该优化问题,从而达到权衡网络生存时间和数据分组跳数。仿真结果表明:DTRA算法能显著地提高网络的生存时间,同时将数据分组平均跳数保持在一个较低的水平;在网络生存时间上,DTRA算法也比一些已有的知名算法更优。 本文的研究成果使传感器网络的数据收集节能且延长网络生存时间,可应用于环境检测、生态环境保护、自然灾害预警等领域。 【关键词】：无线传感器网络 节能 生存时间 数据收集 路由算法
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 课题研究背景及意义10-16
• 1.2 本文研究内容及国内外研究现状16-19
• 1.3 本文主要创新之处19
• 1.4 论文组织结构安排19-21
• 第2章 数据收集问题概述21-33
• 2.1 数据收集传感器网络21-22
• 2.2 数据收集网络路由的要求及挑战22-24
• 2.3 典型数据收集路由算法24-29
• 2.4 数据收集的能耗模型29-31
• 2.5 数据融合技术31-33
• 第3章 生存时间感知的数据收集算法33-45
• 3.1 问题描述33-34
• 3.2 系统假设及能耗模型34
• 3.3 算法实现34-38
• 3.3.1 算法描述34-36
• 3.3.2 算法实现36-38
• 3.4 仿真结果与分析38-45
• 3.4.1 算法路由机制比较38-42
• 3.4.2 算法有效性比较42-45
• 第4章 权衡生存时间与数据分组跳数的数据收集算法45-63
• 4.1 遗传算法45-48
• 4.2 问题描述48
• 4.3 系统假设与能耗模型48-49
• 4.4 DTRA算法实现49-57
• 4.4.1 算法及优化模型49-55
• 4.4.2 遗传算法求解优化模型55-56
• 4.4.3 算法的实现56-57
• 4.5 仿真结果与分析57-63
• 第5章 总结与展望63-65
• 5.1 工作总结63-64
• 5.2 展望64-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 攻读学位期间发表的学术论文目录70

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

构筑全球无线传感器网络    曹方;

基于ZigBee技术的无线传感器网络在油田的应用研究    李明涛;

无线传感器网络节能算法的优化研究    汪华斌;蔡昭权;

土壤环境监测中传感器网络覆盖算法的研究    何剑宇;

无线传感器网络设备维修周期决策及支持软件研究    刘歌群;闫金银;张冬冬;

基于DASH7技术的温度无线传感器网络设计    杨林举;詹宜巨;王荣杰;

什么是无线传感器网络(WSN)    

节能减排当走正道    

无线传感器网络:一种低功耗、无线型应用    Iboun Taimiya Sylla;

无线传感器的网络技术应用分析    吕晓峰;

一种基于SMAC协议下的无线传感器网络功率控制方法    刘杰;

基于备份节点无线传感器网络设计策略    金岩;

无线传感器网络中低延时低能耗的MAC协议    王乐宁;刘凯;

无线传感器网络中的k覆盖算法和容错节能协议    李迪砺;汪芸;

基于矿井节能的无线传感器网络MAC协议的研究    袁蕊;

无线传感器网络节能MAC协议和算法研究    张一兵;

基于无线传感器网络的室内定位系统    郭旭斌;叶长城;王忆文;李辉;

基于蚁群算法的无线传感器网络路由算法的研究    徐久强;卢锁;赵海;崔行兵;刘大鹏;

无线传感器网络的滚动时域状态估计方法    骆吉安;柴利;

无线传感器网络中基于预测的Top-k监测(英文)    曹芳菲;何文麟;陈红;

无线传感器网络供电获新援    

利用无线传感器网络提高地质灾害监测能力    温雅路

国内外物联网技术研究进展    赛迪顾问信息产业研究中心高级咨询师 王坤

科学准确地认识物联网    本报记者 姚传富

无线传感器网络技术专利分析    美国专利律师 谭文晔　薛之扬

理智部署无线传感网    沈建苗　编译

无线传感器网络观测平台投入应用    卞 辑

无线传感器网络改变未来世界    本报记者 赵建国

让无线传感器网络走入生活    罗清岳

以无线传感器网络打造智能化城市    记者 陆成钢　通讯员 尚晓天

无线传感器网络隐私保护关键技术研究    赵宝康

基于无线传感器网络的远程抄表关键技术研究    姜宇

无线传感器网络中基于量化信息的目标状态估计与融合    周彦

无线传感器网络中目标覆盖的研究    谷雨

无线传感器网络精确动态定位及其安全性问题研究    马永波

无线传感器网络能量高效组建关键技术的研究    罗丹彦

无线传感器网络能量有效安全路由协议研究    毕嘉娜

多媒体无线传感器网络中若干算法研究    李哲涛

无线传感器网络部署与拓扑控制研究    王蕊

无线传感器网络高能效可靠数据传输理论及应用研究    李玉凯

无线传感器网络节能及功率控制的设计与实现    许广红

基于混合传输的水声传感器网络生命周期延长策略的研究    潘文利

基于CC2420的无线传感器网络节能策略研究    吴爱明

一个新的基于能量和距离的无线传感器网络协议    张磊

传感器网络中网络生命周期延长算法研究    华云

高性能无线传感器网络节点的设计与实现    赵洋

野生动物监测中无线传感器网络路由协议的设计与实现    王钢

无线传感器网络能量均衡的分簇路由算法研究    聂丽

无线传感器网络分布式检测的研究    尹莉萍

基于能量的无线传感器网络路由协议的研究    温阳