无线传感器网络节能通信技术研究

【摘要】： 融合了传感器技术,通信技术以及计算机技术的无线传感器网络是由大量传感器节点通过无线通信技术组成的自组织网络,集数据的采集、传输、融合分析于一体,并在环境监测、医疗监护、交通管理、军事侦察等领域具有广阔的应用前景。 目前无线传感器网络路由协议以及网内数据压缩算法一直是研究的热点,但已有路由协议在簇头节点选择、簇大小限制以及传输距离等方面考虑的并不完善,而且已有压缩算法对网络数据的压缩效果很不理想,因此,有必要进一步研究有效、节能的路由协议和网内数据压缩算法。 本文重点研究无线传感器网络路由协议以及网内数据的压缩传输,提出多级环形分簇路由协议MCBR,并在MCBR协议基础上提出基于小波方法的分布式时空数据压缩算法DCMWT。具体工作如下: (1)介绍无线传感器网络的研究现状、网络的构成、网络的特点以及网络中流数据的特征,分析比较当前流行的、有代表性的路由算法及其优缺点,总结小波相关理论与技术,为后续研究提供理论依据和实验基础。 (2)根据无线传感器网络自身特性,分析已有路由协议优缺点,提出多级环形分簇路由协议MCBR。MCBR协议综合考虑簇头节点的选择、簇大小的限制、节点能耗的均衡以及传输距离的影响等方面因素,建立具有等级的环形网络路由结构,目的是构造健壮以及能量消耗均衡的传感器网络。仿真实验表明,对比已有算法,该方法有效地减少了节点能量消耗,延长了网络寿命。 (3)根据无线传感器网络中流数据的特征,在MCBR路由协议下,提出分布式时空数据压缩算法DCMWT。该算法利用小波方法在时间与空间方向上压缩传感器节点收集到的传感数据,并使用量化与编码技术处理小波系数,然后,用处理过的小波系数代替原始数据进行传输。在传输的过程中,DCMWT算法使用计数器来解决数据包复制产生的错误问题。实验结果表明,虽然DCMWT压缩算法耗费了少量的能量,但是减少了大量的传输能耗,充分表明此算法的可行性,进一步延长了网络寿命。 【关键词】：无线传感器网络 路由协议 多级环形分簇 小波 数据压缩
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究状况12-14
• 1.3 本文主要研究内容及贡献14
• 1.4 论文组织结构14-16
• 第二章 相关理论与技术分析16-34
• 2.1 无线传感器网络及流数据特征16-21
• 2.1.1 无线传感器网络研究现状16-18
• 2.1.2 无线传感器网络的组成及特征18-21
• 2.1.3 无线传感器网络流数据特征21
• 2.2 无线传感器网络路由协议分析比较21-28
• 2.2.1 定向扩散路由协议(DD)21-23
• 2.2.2 LEACH协议23-24
• 2.2.3 TREEPSI路由协议24-25
• 2.2.4 PEGASIS路由协议25-26
• 2.2.5 路由协议分析比较26-28
• 2.3 小波相关理论28-33
• 2.3.1 多分辨分析29
• 2.3.2 Mallat算法29-31
• 2.3.3 整数小波31-33
• 2.4 小结33-34
• 第三章 无线传感器网络多级环形分簇路由协议(MCBR)34-49
• 3.1 问题描述34-36
• 3.1.1 传输距离对能量消耗的影响问题34-35
• 3.1.2 节点间能量消耗均衡问题35-36
• 3.1.3 簇头节点选择问题36
• 3.2 相关定义36-41
• 3.3.1 MCBR建环37-39
• 3.3.2 路由建立39-41
• 3.4 MCBR协议分析41-42
• 3.5 实验仿真与分析42-48
• 3.5.1 OPNET仿真软件介绍43
• 3.5.2 仿真参数设置43-44
• 3.5.3 路由算法性能评估标准44-45
• 3.5.4 仿真结果及分析45-48
• 3.6 小结48-49
• 第四章 基于MCBR路由协议的分布式时空数据压缩算法49-63
• 4.1 问题描述50-51
• 4.1.1 单节点内数据传输能耗问题50
• 4.1.2 节点间数据传输能耗问题50-51
• 4.2 5/3整数小波原理51-53
• 4.3 分布式时空数据压缩算法(DCMWT)53-58
• 4.3.1 DCMWT算法过程53-55
• 4.3.2 量化55
• 4.3.3 编码55-56
• 4.3.4 小波系数包复制策略56-58
• 4.4 实验仿真与分析58-62
• 4.4.1 仿真参数设置58-59
• 4.4.2 算法性能评估标准59-60
• 4.4.3 仿真结果及分析60-62
• 4.5 小结62-63
• 第五章 总结与展望63-65
• 5.1 总结63-64
• 5.2 展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士期间发表论文情况70

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