一种应用于随机布设无线传感网的分簇算法的研究与实现

摘要

无线传感网是由部署在监测区域内的大量微型传感器节点通过无线通信形成的一个多跳自组织网络系统,能够自动感知、采集和处理网络覆盖区域内监测对象的信息,并发送给控制中心。无线传感网应用的主要难点在于如何在节点能量、通信、计算、存储四大受限的前提下,实现大规模传感器节点的随机布设组网,在满足应用业务QoS要求的同时,最大化网络生存时间。
　　在大规模应用的无线传感网中,分簇网络结构能够在保证能量有效性的前提下实现拓扑管理、数据融合与节点协同处理等功能。基于现有分簇算法的比较分析,本文提出了一种适用于大规模随机布设无线传感网的多参数优化分簇算法,并在综合考虑MAC协议和节点睡眠调度管理等局部网络信息的基础上,添加了网络故障处理机制,优化了整个传感网骨干网络的拓扑建立、轮换与维护等功能。仿真表明本算法具有良好的稳定性与较低的开销,并能有效平衡网络的负载,提高网络的生存时间。
　　外场验证依托中国科学院上海微系统与信息技术研究所的无线传感网平台,在微型传感器节点上实现了低功耗大规模随机布设无线传感网的多参数优化分簇算法,以及簇头到汇聚节点的多跳传输。汇聚节点直接通过串口与PC的上位机处理软件相连,能够显示网络拓扑结构、传感器节点状态、传感器采集的数据及传输路径等信息,并在实现协议方案的基础上增加了上位机对传感器节点的远程控制功能。
　　经过多次基本测试、功能测试及系统测试,根据测试结果优化算法参数并最终通过了验收。基于本文提出的多参数优化分簇算法,节点能快速有效的实现自组网,并有效的延长了网络生存时间,且能实现网络的快速重组。

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第1章绪 论

1.1.无线传感网简介

1.2.无线传感网的关键问题分析

1.3.论文主要内容和结构

第2章无线传感网分簇算法研究

2.1.研究背景和意义

2.2.分簇算法的概述

2.3.多参数优化分簇算法研究

第3章多参数优化分簇算法

3.1.网络拓扑建立

3.2.簇头轮换算法

3.3.仿真与性能分析

第4章分簇算法的实现

4.1.硬件选择

4.2.软件实现

4.3.小结

第5章总结和展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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