本文關鍵詞：基于匯聚節(jié)點集中管理的無線傳感器網(wǎng)絡分簇協(xié)議

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【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡是由數(shù)量巨大的傳感器節(jié)點組成的無線監(jiān)測網(wǎng)絡,節(jié)點以自組織的方式完成組網(wǎng)。無線傳感器網(wǎng)絡的主要工作是采集感知區(qū)域內目標對象的信息,根據(jù)需求進行數(shù)據(jù)處理,網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)經匯聚節(jié)點轉發(fā)最終發(fā)送給任務管理節(jié)點。無線傳感器網(wǎng)絡的突出特點是能量有限,因此低功耗高效率的網(wǎng)絡協(xié)議是無線傳感器網(wǎng)絡研究的重點。無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議中有一類是分簇協(xié)議,網(wǎng)絡被分為多個層次,高層簇首節(jié)點負責收集低層節(jié)點采集的數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理,然后簇首將結果發(fā)送給匯聚節(jié)點。分簇協(xié)議實現(xiàn)了網(wǎng)絡的分層管理,提高了網(wǎng)絡的穩(wěn)定性,延長了網(wǎng)絡的生命周期。LEACH協(xié)議是經典的分簇協(xié)議,其包含的思想被多個協(xié)議采用。LEACH協(xié)議可以在無人干預的情況下自主運行,其完全分布式的算法犧牲了一定的能量效率,主要表現(xiàn)在簇首數(shù)目由概率控制,簇首位置隨機,簇首切換輪數(shù)固定等方面。簇首數(shù)目通過概率參數(shù)進行控制,難免出現(xiàn)過多或過少的情況。簇首的位置不可控制,不合理的簇首位置會增加節(jié)點的能耗。此外,即使當選簇首次數(shù)相同,距離匯聚節(jié)點遠的節(jié)點明顯要比距離匯聚節(jié)點近的節(jié)點消耗更多的能量,不利于能耗的均衡。針對這些不足,本文提出了一種基于匯聚節(jié)點集中管理的無線傳感器網(wǎng)絡分簇協(xié)議SCMCHP,協(xié)議充分利用匯聚節(jié)點的優(yōu)勢,匯聚節(jié)點收集網(wǎng)絡狀態(tài)信息并完成網(wǎng)絡的各項算法,普通節(jié)點根據(jù)匯聚節(jié)點的指導信息完成任務。本文根據(jù)網(wǎng)絡參數(shù)計算得到最佳分簇數(shù)目；選擇了新的中心節(jié)點排序系數(shù),改進了中心節(jié)點分簇算法,增強了分簇的合理性；簇首根據(jù)節(jié)點剩余能量和節(jié)點當選簇首時簇內整體能耗決定；簇首切換以簇內平均能量為依據(jù),通過仿真得到合理的切換閡值,保證了簇首切換的合理性,均衡了網(wǎng)絡中的能耗,降低了簇首切換次數(shù)；增加了基于能耗優(yōu)化的簇首轉發(fā)規(guī)則,進一步均衡網(wǎng)絡能耗提高能量效率。仿真結果表明SCMCHP協(xié)議能夠降低網(wǎng)絡運行開銷,延長網(wǎng)絡生命周期,提高網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的發(fā)送數(shù)量,平衡網(wǎng)絡內各節(jié)點的能量消耗,對于節(jié)點初始能量各不相同的網(wǎng)絡有一定的適用性。
【關鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡 分簇協(xié)議 匯聚節(jié)點 網(wǎng)絡生命周期
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-12
• 第一章 緒論12-15
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 本文的主要工作和組織結構13-15
• 第二章 無線傳感器網(wǎng)絡概述15-23
• 2.1 傳感器節(jié)點的硬件組成和能耗分析15-17
• 2.2 無線傳感器網(wǎng)絡的結構和交互類型17-18
• 2.3 無線傳感器網(wǎng)絡發(fā)展的主要障礙18-19
• 2.4 無線傳感器網(wǎng)絡的研究重點19-20
• 2.5 無線傳感器網(wǎng)絡的應用20-22
• 2.6 本章小結22-23
• 第三章 分簇式無線傳感器網(wǎng)絡23-27
• 3.1 拓撲控制23
• 3.2 分簇式網(wǎng)絡介紹及優(yōu)點23-24
• 3.3 數(shù)據(jù)聚合24-25
• 3.4 LEACH協(xié)議25-26
• 3.5 本章小結26-27
• 第四章 基于匯聚節(jié)點集中管理的分簇協(xié)議27-48
• 4.1 問題提出27-28
• 4.2 協(xié)議系統(tǒng)模型28-30
• 4.2.1 網(wǎng)絡模型28
• 4.2.2 能量模型28-30
• 4.3 SCMCHP協(xié)議30-47
• 4.3.1 最佳分簇數(shù)目30-33
• 4.3.2 網(wǎng)絡準備階段33-34
• 4.3.3 中心節(jié)點分簇算法34-38
• 4.3.4 簇首選擇與簇首切換38-44
• 4.3.5 基于能耗優(yōu)化的簇首轉發(fā)規(guī)則44-46
• 4.3.6 協(xié)議流程圖46-47
• 4.4 本章小結47-48
• 第五章 協(xié)議仿真與性能分析48-59
• 5.1 評價標準48
• 5.2 仿真環(huán)境48-50
• 5.3 仿真結果及分析50-58
• 5.3.1 協(xié)議效果對比50-53
• 5.3.2 SCMCHP協(xié)議的運行狀態(tài)及分析53-55
• 5.3.3 不同初始能量下的運行效果55-58
• 5.4 本章小結58-59
• 第六章 總結與展望59-61
• 6.1 本文總結59
• 6.2 展望59-61
• 參考文獻61-64
• 致謝64-65
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文和參與的工程項目65-66
• 學位論文評閱及答辯情況表66

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本文編號：834661