用于室内环境监测的无线传感器网络拓扑控制研究

摘要

拓扑控制是无线传感器网络的基础问题,拓扑结构的好坏,直接影响无线传感器网络的网络性能。由于传感器节点一般由电池供电,节点能量、计算、通信等资源十分有限,而无线传感器网络所面临的环境复杂多变,节点易失效,通信易受干扰,这使得无线传感器网络的拓扑控制更具有挑战性,需要研究面向具体应用场景的拓扑控制算法。
　　目前已有的无线传感器网络拓扑控制算法,大部分处于理论研究阶段,针对具体应用场景的算法较少。本文的主要研究内容就是针对室内环境监测这一典型应用场景,考虑应用特点及各类影响因素,对拓扑控制进行深入研究,提出可用于室内环境监测的拓扑控制算法。
　　本文首先对现有的拓扑控制算法进行了分析和研究,并对各个拓扑控制算法在室内环境监测中的适用性进行了讨论。通过对比分析,我们将实用性较好的XTC(X Topology Control)拓扑控制算法作为研究重点,综合考虑节点能量均衡、网络生存时间等因素,对XTC算法进行了改进,提出了能量均衡的XTC改进算法;此外针对室内环境监测场景的特性,分别给出了室内环境监测下的XTC链路动态调整方法和XTC链路质量度量标准。
　　在本文中,对XTC算法和能量均衡的XTC改进算法都进行了理论验证和仿真研究。实验结果表明,能量均衡的XTC改进算法比XTC算法更加适用于室内环境监测,该改进算法能够有效控制传感器节点的能量均衡,延长节点寿命,进而推迟网络失效。

目录

用于室内环境监测的无线传感器网络拓扑控制研究

RESEARCH ON TOPOLOGY CONTROL IN WIRELESS SENSOR NETWORKS FOR INDOOR ENVIRONMENT MONITORING

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1课题背景

1.2研究的目的和意义

1.3用于室内环境监测的无线传感器网络

1.3.1网络应用

1.3.2网络特性

1.4本文主要研究工作

1.5本文的结构

第2章 无线传感器网络拓扑控制算法概述

2.1拓扑控制的研究内容

2.2拓扑控制的设计目标

2.3无线传感器网络拓扑控制算法

2.3.1功率控制

2.3.2层次型拓扑结构组织

2.3.3启发机制

2.4拓扑控制算法比较与分析

2.4.1算法比较

2.4.2存在的问题及发展趋势

2.5本章小结

第3章 室内环境监测的拓扑控制算法研究

3.1拓扑控制算法适用性讨论

3.1.1层次型拓扑结构组织

3.1.2功率控制

3.2 XTC拓扑控制算法

3.2.1基本概念

3.2.2算法描述

3.3 XTC算法性质分析

3.3.1对称性

3.3.2 XTC在欧几里德平面图的性质

3.3.3 XTC在一般加权图的性质

3.4本章小结

第4章 室内环境监测的拓扑控制算法改进

4.1研究动机

4.2系统模型

4.2.1网络模型

4.2.2节点能耗模型

4.2.3链路质量模型

4.3 XTC的改进算法

4.3.1基本思想

4.3.2算法描述

4.4 XTC改进算法性质分析

4.4.1对称性

4.4.2 其它性质

4.5 XTC链路动态调整方法

4.6 XTC改进算法理论验证

4.7本章小结

第5章 算法仿真及性能分析

5.1 Qualnet平台简介

5.2性能参数

5.3仿真环境设计

5.4仿真结果及性能分析

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致谢