本文關鍵詞：基于UAV動態(tài)特性限制的WSN分簇路由方法研究

  更多相關文章： UAV-WSN 動態(tài)特性限制 分簇 網絡生存時間 信息采集率

【摘要】：上世紀90年代以來,無線傳感器網絡(Wireless Sensor Network,WSN)作為新興領域不斷發(fā)展,并隨著電子器件的集成化,無線傳感器的性能也有了很大的提高�？傮w來說,傳感器節(jié)點能夠感知外界環(huán)境,同時具有無線通信和運算等功能,具有體積小,能量有限,價格低廉等特點。目前越來越多的研究和應用使用無人機(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)作為移動基站對WSN進行信息采集,這是因為UAV飛行時受地形的限制較小,同時可以執(zhí)行危險性高的任務,更適用于情況復雜、環(huán)境危險的WSN應用中。UAV-WSN因為具有抗毀性強、安全易布設、成本低廉等特點,應用前景廣泛。因此目前對UAV-WSN系統(tǒng)信息采集方面的研究主要集中在研究如何實現快速、高效、可靠通信的通信協(xié)議和使UAV飛行路徑最短的路徑規(guī)劃問題。這些研究中也指出分簇路由在傳感器網絡的可擴展性和魯棒性方面有很大優(yōu)勢,然而現有研究都是在理論研究層面,并沒有考慮到UAV動態(tài)特性限制和信息采集特點對UAV航程和WSN路由的影響,因此存在簇頭選舉不能滿足UAV飛行的動態(tài)特性限制的問題,容易導致在采集數據時UAV飛行路程過長、信息采集不完全等問題,同時也增加了采集難度。為了解決以上問題,本文設計提出了一種基于UAV動態(tài)特性限制的WSN分簇路由方法CR(WSN Clustering Routing Method Based on UAV Kinetic Constraints)。該方法根據UAV采集時停留在簇頭節(jié)點通信范圍時間短的特點,控制了成簇的大小,并能夠根據UAV飛行特性調整簇頭的選擇,使得新的簇頭形成的路徑能夠符合UAV動態(tài)特性限制,減少UAV在信息采集過程中因為目標節(jié)點在當前位置不可達區(qū)域而造成的繞行情況,使得UAV在有限的飛行能源的限制條件下能夠順利完成任務飛回終點。同時,達到均衡網絡能量消耗,延長網絡生存時間的目標。為了驗證本文提出的基于UAV動態(tài)特性限制的分簇路由方法CR的性能表現,本文使用仿真工具對其在不同的參數條件下進行仿真分析,并與經典的分簇算法LEACH進行比較。其結果表明本文提出的基于UAV動態(tài)特性限制的分簇路由方法能夠生成更符合UAV動態(tài)特性的簇頭,使得UAV的航程減少到閾值以下,以保證任務的完成,同時與LEACH相比信息采集率提高42%,且與節(jié)點間能量差異減少了總能量的10%以上,達到了更高的網絡能量消耗一致性,延長了網絡生存時間。
【關鍵詞】：UAV-WSN 動態(tài)特性限制 分簇 網絡生存時間 信息采集率
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-19
• 1.1 課題來源及研究的背景和意義10-12
• 1.2 國內外在該方向的研究現狀及分析12-16
• 1.3 主要研究內容16-18
• 1.3.1 UAV-WSN系統(tǒng)的體系結構16-17
• 1.3.2 分簇方法概述17
• 1.3.3 針對UAV-WSN系統(tǒng)特點設計的WSN分簇路由方法17
• 1.3.4 仿真分析17-18
• 1.4 論文結構18-19
• 第2章 UAV-WSN系統(tǒng)結構19-28
• 2.1 UAV-WSN系統(tǒng)的體系結構19-21
• 2.1.1 無線傳感器節(jié)點結構19-20
• 2.1.2 UAV-WSN網絡體系結構20-21
• 2.2 UAV-WSN系統(tǒng)的特點21-22
• 2.3 UAV-WSN系統(tǒng)的定義22-27
• 2.3.1 場景描述22
• 2.3.2 WSN模型22
• 2.3.3 傳感器能量模型22-23
• 2.3.4 Dubins路徑模型23-25
• 2.3.5 UAV飛行模型25-27
• 2.4 本章小結27-28
• 第3章 分簇算法概述28-35
• 3.1 基于隨機選舉的分簇協(xié)議28-30
• 3.2 基于剩余能量的分簇協(xié)議30-32
• 3.3 基于地理位置的分簇協(xié)議32-34
• 3.4 本章小結34-35
• 第4章 基于UAV動態(tài)特性限制的WSN分簇路由算法35-47
• 4.1 引言35
• 4.2 問題描述35-37
• 4.2.1 限制條件35-36
• 4.2.2 目標函數36-37
• 4.2.3 路徑規(guī)劃問題37
• 4.3 簇的生成與簇頭選擇37-45
• 4.3.1 簇的生成38-40
• 4.3.2 簇頭預選40-41
• 4.3.3 UAV路徑規(guī)劃41-43
• 4.3.4 簇頭調整43-45
• 4.4 算法性能分析45-46
• 4.5 本章小結46-47
• 第5章 算法實現及結果分析47-67
• 5.1 算法實現47-48
• 5.1.1 工具介紹47
• 5.1.2 場景設置47
• 5.1.3 參數設置47-48
• 5.2 仿真結果分析48-66
• 5.2.1 算法表現49-52
• 5.2.2 算法性能52-54
• 5.2.3 與LEACH算法的比較分析54-66
• 5.3 本章小結66-67
• 結論67-68
• 參考文獻68-74
• 致謝74

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前2條

1 何延杰;李臘元;邢明彥;;WSN中一種能量均衡的分簇路由協(xié)議的設計[J];傳感技術學報;2009年10期

2 田煒;楊震;;新的位置感知分簇算法[J];通信學報;2010年03期

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本文編號：768615