基于差分机制和ASCH算法的WSN节能研究

【摘要】：随着科学技术的发展,出现了一种新型的无线传感器网络(WSN)。它由很多具有集信息采集,数据处理和无线通信为一体的传感器节点组成。各个节点相互协作,并将采集得到的外界环境信息进行处理,最后将信息传送给控制中心。在这一过程都需要消耗能量。而无线传感器网络节点的能量有限,且一般都被部署在恶劣的环境,给节点重新充电或者更换电池显然不太可行,所以如何提高能效是无线传感器网络设计者面临的重要挑战。考虑节点能量主要消耗在数据传输上,若是能够减少数据传输量,将有望降低能量消耗。此外节点随机分布,所采集得到的数据存在很大的时间和空间相关性,如果可以去掉冗余数据,将达到节能目的。尽量延长传感器网络的寿命是网络设计者的主要目标。 本文考虑到对无线传感器网络中的数据进行处理具有重要意义。引入小波变换中的提升算法对数据进行压缩处理,克服传统的小波变换方法计算量大,耗时较长的缺点。针对现有机制没有考虑到数据的时间相关性的缺陷,提出一种全新的数据发送机制——差分机制,从源头上消除冗余数据,减少数据发送量。实验表明,采用提升算法和差分机制能够有效去除无线传感器网络的冗余数据,降低节点的能量消耗,延长整个网络的生命周期。此外,在基于分簇算法的无线传感器网络中,簇头的能量消耗远高于簇内成员。考虑在相应簇内的成员节点中产生助理簇头,由其分担簇头的负担,对降低簇头能量消耗具有极大帮助。提出了一种助理簇头算法(ASCH),此算法根据簇头的自身条件动态的确定簇内是否需要产生助理簇头,以及选择合适的成员节点成为助理簇头。实验结果表明,该算法与LEACH算法相比,能耗更加均衡,有效的降低了网络能耗,延长了网络工作时间。 【关键词】：小波提升算法 差分机制 无线传感器网络 分簇算法 助理簇头
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 选题背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 研究意义12-13
• 1.4 研究内容和本文所做工作13-14
• 1.5 论文的组织14-15
• 第二章 无线传感器网络中与节能相关的技术15-24
• 2.1 无线传感器网络的体系结构15-16
• 2.2 无线传感器网络节点结构16-17
• 2.3 无线传感器网络的特点17-18
• 2.4 无线传感器网络的性能评价指标18-19
• 2.5 无线传感器网络的应用19-20
• 2.6 无线传感器网络的关键技术20-21
• 2.7 无线传感器网络相关节能协议21-23
• 2.7.1 LEACH协议21-22
• 2.7.2 HEED协议22
• 2.7.3 TEEN和APTEEN协议22-23
• 2.7.4 PEGASIS协议23
• 2.8 本章小结23-24
• 第三章 结合小波提升算法和差分机制的节能研究24-32
• 3.1 问题提出背景24-25
• 3.2 基于虚拟网格的环模型25
• 3.3 小波提升压缩算法25-27
• 3.4 数据发送时的差分机制27
• 3.5 差分机制的伪代码描述27-28
• 3.6 能量分析28-30
• 3.7 仿真实验30-31
• 3.8 本章小结31-32
• 第四章 助理簇头分簇算法节能研究32-39
• 4.1 问题提出背景32-33
• 4.2 问题及改进33
• 4.3 ASCH算法33-36
• 4.3.1 网络模型33-34
• 4.3.2 ASCH的产生阈值34
• 4.3.3 簇内产生ASCH34-35
• 4.3.4 算法描述35-36
• 4.4 仿真实验36-38
• 4.5 本章小结38-39
• 第五章 仿真分析39-49
• 5.1 NS网络模拟平台的介绍39-42
• 5.1.1 NS的层次结构39-40
• 5.1.2 NS的功能模块40-41
• 5.1.3 协议与上下层的接口41-42
• 5.2 NS-2仿真流程42-43
• 5.3 仿真试验设计43
• 5.4 试验场景的建立43-45
• 5.4.1 仿真参数43-44
• 5.4.2 节点的创建和配置44
• 5.4.3 节点能量的配置44-45
• 5.5 数据流的产生和差分机制在NS2中的实现45-46
• 5.6 试验与结果分析46-49
• 总结49-51
• 参考文献51-55
• 致谢55-56
• 附录(攻读学位期间发表论文目录)56

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