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文檔簡介
1、隨著芯片技術(shù)、通信技術(shù)和傳感技術(shù)的飛速發(fā)展,目前傳感技術(shù)正邁入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)新時代。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和無線通信模塊的微小節(jié)點組成,通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),及時有效地將數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⒔邮斩耍蓮V泛用于國防軍事、環(huán)境檢測、反恐抗災(zāi)、醫(yī)療衛(wèi)生以及交通管理等領(lǐng)域。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常運行在人無法接近的惡劣甚至危險的遠(yuǎn)程環(huán)境中,節(jié)點靠電池供給能量,而電池能源又無法更換,所以通過有效的設(shè)計來節(jié)約節(jié)點能量、延長網(wǎng)
2、絡(luò)生命周期成為國內(nèi)外研究的關(guān)鍵技術(shù)之一。 論文以節(jié)約能量、延長網(wǎng)絡(luò)生命周期為主要目的,首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念、體系結(jié)構(gòu)、特點、應(yīng)用、研究現(xiàn)狀以及研究熱點問題,然后詳細(xì)研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)提出的典型節(jié)能路由協(xié)議、數(shù)據(jù)融合算法和能量均衡算法,對各算法的優(yōu)缺點進行分析和比較。本文的工作主要包括以下三個方面: 第一,為提高節(jié)點能量使用效率和延長網(wǎng)絡(luò)生命周期,提出一種新的高能效的路由算法一基于簇頭預(yù)測和功率控制的節(jié)能
3、路由算法(CHFPC),該算法利用能量和距離參數(shù)對簇頭進行預(yù)測,并將功率控制這一機制引入分簇路由和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中,從而使節(jié)點的平均能耗降低,并延長網(wǎng)絡(luò)的生存時間。用OMNeT++仿真的結(jié)果表明CHFPC算法在網(wǎng)絡(luò)生存時間和網(wǎng)絡(luò)總剩余能量上比LEACH算法分別提高了23%和15%,而且節(jié)點生命周期也明顯長于LEACH算法的。 第二,為解決現(xiàn)有數(shù)據(jù)融合算法中普遍的數(shù)據(jù)傳輸延時較大的問題,提出一種新穎的基于虛擬單元格的快速鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)融
4、合算法(CFDASC),該算法利用節(jié)點的位置信息將節(jié)點歸屬于一個個的虛擬單元格中,單元格中的節(jié)點輪流充當(dāng)單元格內(nèi)數(shù)據(jù)融合的簇頭;將一串單元格的數(shù)據(jù)進行融合后發(fā)送給匯聚節(jié)點,從而使數(shù)據(jù)融合過程加快,降低數(shù)據(jù)的傳輸時延,同時減少了數(shù)據(jù)傳輸量,節(jié)約了節(jié)點能量,進一步延長了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。用OMNeT++H仿真的結(jié)果表明CFDASC算法在分組平均傳輸延時指標(biāo)上比PEGASIS算法平均降低高達(dá)50.03%,而節(jié)點能量消耗只是略大于PEGASIS算
5、法,平均約高出6.07%。 第三,詳細(xì)分析和推導(dǎo)節(jié)點能量消耗不均衡與均衡兩種情況下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的四個性能指標(biāo)--網(wǎng)絡(luò)生命周期、分組平均傳輸延遲、總能量消耗和網(wǎng)絡(luò)吞吐量,并進行比較。比較的結(jié)果表明采用能量均衡策略的網(wǎng)絡(luò)的總體性能明顯優(yōu)于不采用能量均衡策略的網(wǎng)絡(luò),因此在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中很有必要采取一定的能量均衡策略,以保證節(jié)點之間的能量消耗是均衡的。在此基礎(chǔ)上,提出一種能量均衡策略EBS,該策略通過對熱點節(jié)點的保護實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的能量均
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