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1.内容提要 本专著介绍了无线传感器网络的特点，从时间同步、节点调度、空洞检测及修复和路由等四个方面，系统、全面分析了目前常见算法存在的问题，并在此基础上对已有算法进行优化与仿真。全书共分五章，主要章节有：异构无线传感器网络下的分簇时间同步算法、保持覆盖的无线传感器网络簇内节点调度算法、面向节点失效的无线传感器网络簇内覆盖空洞修复算法、基于簇的能量高效路由算法。 本专著可作为交通工程、计算机类等本科生、硕士研究生阅读参考书。 2.目录 第一章绪论1 1.1课题研究背景1 1.2国内外研究现状4 1.2.1无线传感器网络的节点能耗分析4 1.2.2国内外研究现状8 1.3本专著主要研究内容14 第二章异构无线传感器网络下的分簇时间同步算法16 2.1引言16 2.2异构无线传感器网络16 2.3几种无线传感器网络时间同步算法18 2.3.1无线传感器网络时间同步算法的评价指标18 2.3.2无线传感器网络信号传输时延分析19 2.3.3几种典型的无线传感器网络时间同步算法20 2.4异构无线传感器网络下的分簇时间同步算法23 2.4.1无线传感器网络节点时钟模型23 2.4.2网络模型24 2.4.3同步消息结构25 2.4.4异构无线传感器网络的三层结构25 2.4.5算法的具体步骤26 2.5算法分析30 2.5.1算法同步精度分析30 2.5.2算法同步能耗分析31 2.6算法仿真32 2.6.1生命周期仿真33 2.6.2同步比率仿真34 2.6.3同步精度仿真35 目录2.7本章小结36 第三章保持覆盖的无线传感器网络簇内节点调度算法37 3.1引言37 3.2几种冗余节点调度算法38 3.2.1无线传感器网络冗余节点调度算法的评价指标38 3.2.2几种无线传感器网络冗余节点调度算法38 3.3保持覆盖的无线传感器网络簇内节点调度算法41 3.3.1网络模型41 3.3.2相关定义42 3.3.3冗余节点的确定43 3.3.4保持覆盖的无线传感器网络簇内节点调度算法46 3.4算法能耗分析49 3.5算法仿真50 3.5.1RS对算法的影响50 3.5.2与ELEACH算法比较52 3.6本章小结55 第四章面向节点失效的无线传感器网络簇内覆盖空洞修复算法57 4.1引言57 4.2几种覆盖空洞检测与修复算法58 4.2.1空洞修复算法的评价指标58 4.2.2几种覆盖空洞检测与修复算法58 4.3面向节点失效的无线传感器网络覆盖空洞修复算法62 4.3.1网络模型62 4.3.2边界节点的确定63 4.3.3冗余节点的选择67 4.3.4面向节点失效的簇内覆盖空洞修复策略67 4.4算法复杂度分析68 4.5算法仿真69 4.5.1RS对算法的影响69 4.5.2与3MeSH算法的比较72 4.6本章小结74 第五章基于簇的能量高效路由算法75 5.1引言75 5.2几种基于簇的路由算法76 5.2.1基于簇的路由算法的特点76 5.2.2基于簇的路由算法的评价标准76 5.2.3几种基于簇的路由算法77 5.3基于簇的能量高效路由算法80 5.3.1网络模型80 5.3.2网络初始化81 5.3.3簇首选举81 5.3.4簇间路由的确定82 5.3.5普通节点加入簇86 5.3.6簇的自愈87 5.3.7数据采集与传输88 5.4算法复杂度分析88 5.5算法仿真90 5.5.1w1与w2对本算法的影响90 5.5.2与其他算法的比较93 5.6本章小结97 结论98 参考文献101 致谢113 图表清单〖〗 图1.1典型的无线传感器网络结构示意图2 图1.2无线传感器网络节点结构示意图2 图1.3无线传感器网络节点能耗示意图6 图1.4无线传感器网络协议栈8 图2.1典型异构无线传感器网络结构图17 图2.2无线传感器网络信号传输时延分析19 图2.3RBS算法的基本原理20 图2.4TPSN算法的相邻层次节点同步基本原理21 图2.5TPSN算法的网络分层结构图22 图2.6FTSP算法同步消息结构及时间戳位置22 图2.7无线传感器网络节点时钟模型24 图2.8CTSA算法同步消息结构图25 图2.9异构无线传感器网络三层结构图26 图2.10CTSA算法簇首任命流程图27 图2.11CTSA算法簇的形成流程图27 图2.12标准时间节点与时间汇聚节点的同步流程图28 图2.13标准时间节点与时间汇聚节点的同步时序图29 图2.14CTSA算法仿真节点位置图33 图2.15CTSA算法与FTSP算法在不同通信半径下网络生命周期对比34 图2.16CTSA算法与FTSP算法在不同通信半径下网络同步比率对比34 图2.17CTSA算法与FTSP算法在不同通信半径下网络同步精度对比35 图3.1（a）节点贡献面积示意图；图3.1（b）贡献面积全覆盖包含节点感知范围 39 图表清单图3.2CCP算法的1 覆盖示意图40 图3.3NSACT算法冗余节点判断示意图41 图3.4节点位置示意图42 图3.5节点交点角示意图43 图3.6冗余节点示意图44 图3.7冗余节点判断流程图45 图3.8簇内冗余节点判断流程图48 图3.9CPNSC算法工作时序图49 图3.10CPNSC算法在不同感知半径下的网络生命周期对比51 图3.11CPNSC算法在不同感知半径下的每轮睡眠节点个数对比51 图3.12CPNSC算法在不同感知半径下的每轮死亡节点个数对比52 图3.13CPNSC算法与ELEACH算法的生命周期对比53 图3.14CPNSC算法与ELEACH算法的每轮睡眠节点个数对比54 图3.15CPNSC算法与ELEACH算法的每轮死亡节点个数对比54 图3.16CPNSC算法与ELEACH算法的每轮剩余能量对比55 图4.1Voronoi多边形59 图4.2（a）非边界节点图；图4.2（b）边界节点60 图4.3BFNP算法最佳匹配位置61 图4.4（a）3MeSH环；图4.4（b）大覆盖空洞61 图4.5非边界节点判断图63 图4.6节点密集情况下的非边界节点确定（情况1）65 图4.7节点密集情况下的非边界节点确定（情况2）65 图4.8单个节点失效时边界节点确定流程图66 图4.9两个节点同时失效时的非边界节点确定67 图4.10单轮面向节点失效的簇内覆盖空洞修复算法流程图68 图4.11CHPA算法在不同感知半径下的网络生命周期对比70 图4.12CHPA算法在不同感知半径下的单轮覆盖空洞修复的平均能耗对比71 图4.13CHPA算法在不同感知半径下的单轮覆盖空洞修复的平均时耗对比71 图4.143MeSH算法在不同感知半径下的网络覆盖率对比73 图4.15CHPA算法与3MeSH算法在不同感知半径下的单轮能耗对比73 图4.16CHPA算法与3MeSH算法在不同感知半径下的单轮时耗对比74 图5.1EERA算法工作时序图81 图5.2EERA算法簇首路由确定流程图85 图5.3EERA算法普通节点选择簇首流程图87 图5.4EERA算法运行流程图89 图5.5EERA算法中不同的w1值对网络死亡节点个数的影响对比91 图5.6EERA算法中不同的w1值对每轮簇首消耗的能量的影响对比91 图5.7EERA算法中不同的w2值对网络死亡节点个数的影响对比92 图5.8EERA算法中不同的w2值对每轮簇首消耗的能量的影响对比93 图5.9几种不同路由算法下的死亡节点个数对比94 图5.10几种不同路由算法下的单轮簇首消耗总能量对比95 图5.11EERA算法与LEACH算法单轮簇首能耗方差对比95 图5.12EERA算法与LEACHEE算法单轮簇首能耗方差对比96 图5.13EERA算法与EERP算法单轮簇首能耗方差对比96 表2.1算法仿真参数设置一览表32 表3.1CPNSC算法簇内节点信息表46 表3.2CPNSC算法簇内两两节点距离信息表47 表5.1EERA算法中sink节点广播的簇首确认消息中包含的簇首路由表82 表5.2EERA算法中簇首状态信息表83 |
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