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1.內容提要 本專著介紹了無線傳感器網(wǎng)絡的特點，從時間同步、節(jié)點調度、空洞檢測及修復和路由等四個方面，系統(tǒng)、全面分析了目前常見算法存在的問題，并在此基礎上對已有算法進行優(yōu)化與仿真。全書共分五章，主要章節(jié)有：異構無線傳感器網(wǎng)絡下的分簇時間同步算法、保持覆蓋的無線傳感器網(wǎng)絡簇內節(jié)點調度算法、面向節(jié)點失效的無線傳感器網(wǎng)絡簇內覆蓋空洞修復算法、基于簇的能量高效路由算法。 本專著可作為交通工程、計算機類等本科生、碩士研究生閱讀參考書。 2.目錄 第一章緒論1 1.1課題研究背景1 1.2國內外研究現(xiàn)狀4 1.2.1無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點能耗分析4 1.2.2國內外研究現(xiàn)狀8 1.3本專著主要研究內容14 第二章異構無線傳感器網(wǎng)絡下的分簇時間同步算法16 2.1引言16 2.2異構無線傳感器網(wǎng)絡16 2.3幾種無線傳感器網(wǎng)絡時間同步算法18 2.3.1無線傳感器網(wǎng)絡時間同步算法的評價指標18 2.3.2無線傳感器網(wǎng)絡信號傳輸時延分析19 2.3.3幾種典型的無線傳感器網(wǎng)絡時間同步算法20 2.4異構無線傳感器網(wǎng)絡下的分簇時間同步算法23 2.4.1無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點時鐘模型23 2.4.2網(wǎng)絡模型24 2.4.3同步消息結構25 2.4.4異構無線傳感器網(wǎng)絡的三層結構25 2.4.5算法的具體步驟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 目錄2.7本章小結36 第三章保持覆蓋的無線傳感器網(wǎng)絡簇內節(jié)點調度算法37 3.1引言37 3.2幾種冗余節(jié)點調度算法38 3.2.1無線傳感器網(wǎng)絡冗余節(jié)點調度算法的評價指標38 3.2.2幾種無線傳感器網(wǎng)絡冗余節(jié)點調度算法38 3.3保持覆蓋的無線傳感器網(wǎng)絡簇內節(jié)點調度算法41 3.3.1網(wǎng)絡模型41 3.3.2相關定義42 3.3.3冗余節(jié)點的確定43 3.3.4保持覆蓋的無線傳感器網(wǎng)絡簇內節(jié)點調度算法46 3.4算法能耗分析49 3.5算法仿真50 3.5.1RS對算法的影響50 3.5.2與ELEACH算法比較52 3.6本章小結55 第四章面向節(jié)點失效的無線傳感器網(wǎng)絡簇內覆蓋空洞修復算法57 4.1引言57 4.2幾種覆蓋空洞檢測與修復算法58 4.2.1空洞修復算法的評價指標58 4.2.2幾種覆蓋空洞檢測與修復算法58 4.3面向節(jié)點失效的無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋空洞修復算法62 4.3.1網(wǎng)絡模型62 4.3.2邊界節(jié)點的確定63 4.3.3冗余節(jié)點的選擇67 4.3.4面向節(jié)點失效的簇內覆蓋空洞修復策略67 4.4算法復雜度分析68 4.5算法仿真69 4.5.1RS對算法的影響69 4.5.2與3MeSH算法的比較72 4.6本章小結74 第五章基于簇的能量高效路由算法75 5.1引言75 5.2幾種基于簇的路由算法76 5.2.1基于簇的路由算法的特點76 5.2.2基于簇的路由算法的評價標準76 5.2.3幾種基于簇的路由算法77 5.3基于簇的能量高效路由算法80 5.3.1網(wǎng)絡模型80 5.3.2網(wǎng)絡初始化81 5.3.3簇首選舉81 5.3.4簇間路由的確定82 5.3.5普通節(jié)點加入簇86 5.3.6簇的自愈87 5.3.7數(shù)據(jù)采集與傳輸88 5.4算法復雜度分析88 5.5算法仿真90 5.5.1w1與w2對本算法的影響90 5.5.2與其他算法的比較93 5.6本章小結97 結論98 參考文獻101 致謝113 圖表清單〖〗 圖1.1典型的無線傳感器網(wǎng)絡結構示意圖2 圖1.2無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點結構示意圖2 圖1.3無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點能耗示意圖6 圖1.4無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議棧8 圖2.1典型異構無線傳感器網(wǎng)絡結構圖17 圖2.2無線傳感器網(wǎng)絡信號傳輸時延分析19 圖2.3RBS算法的基本原理20 圖2.4TPSN算法的相鄰層次節(jié)點同步基本原理21 圖2.5TPSN算法的網(wǎng)絡分層結構圖22 圖2.6FTSP算法同步消息結構及時間戳位置22 圖2.7無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點時鐘模型24 圖2.8CTSA算法同步消息結構圖25 圖2.9異構無線傳感器網(wǎng)絡三層結構圖26 圖2.10CTSA算法簇首任命流程圖27 圖2.11CTSA算法簇的形成流程圖27 圖2.12標準時間節(jié)點與時間匯聚節(jié)點的同步流程圖28 圖2.13標準時間節(jié)點與時間匯聚節(jié)點的同步時序圖29 圖2.14CTSA算法仿真節(jié)點位置圖33 圖2.15CTSA算法與FTSP算法在不同通信半徑下網(wǎng)絡生命周期對比34 圖2.16CTSA算法與FTSP算法在不同通信半徑下網(wǎng)絡同步比率對比34 圖2.17CTSA算法與FTSP算法在不同通信半徑下網(wǎng)絡同步精度對比35 圖3.1（a）節(jié)點貢獻面積示意圖；圖3.1（b）貢獻面積全覆蓋包含節(jié)點感知范圍 39 圖表清單圖3.2CCP算法的1 覆蓋示意圖40 圖3.3NSACT算法冗余節(jié)點判斷示意圖41 圖3.4節(jié)點位置示意圖42 圖3.5節(jié)點交點角示意圖43 圖3.6冗余節(jié)點示意圖44 圖3.7冗余節(jié)點判斷流程圖45 圖3.8簇內冗余節(jié)點判斷流程圖48 圖3.9CPNSC算法工作時序圖49 圖3.10CPNSC算法在不同感知半徑下的網(wǎng)絡生命周期對比51 圖3.11CPNSC算法在不同感知半徑下的每輪睡眠節(jié)點個數(shù)對比51 圖3.12CPNSC算法在不同感知半徑下的每輪死亡節(jié)點個數(shù)對比52 圖3.13CPNSC算法與ELEACH算法的生命周期對比53 圖3.14CPNSC算法與ELEACH算法的每輪睡眠節(jié)點個數(shù)對比54 圖3.15CPNSC算法與ELEACH算法的每輪死亡節(jié)點個數(shù)對比54 圖3.16CPNSC算法與ELEACH算法的每輪剩余能量對比55 圖4.1Voronoi多邊形59 圖4.2（a）非邊界節(jié)點圖；圖4.2（b）邊界節(jié)點60 圖4.3BFNP算法最佳匹配位置61 圖4.4（a）3MeSH環(huán)；圖4.4（b）大覆蓋空洞61 圖4.5非邊界節(jié)點判斷圖63 圖4.6節(jié)點密集情況下的非邊界節(jié)點確定（情況1）65 圖4.7節(jié)點密集情況下的非邊界節(jié)點確定（情況2）65 圖4.8單個節(jié)點失效時邊界節(jié)點確定流程圖66 圖4.9兩個節(jié)點同時失效時的非邊界節(jié)點確定67 圖4.10單輪面向節(jié)點失效的簇內覆蓋空洞修復算法流程圖68 圖4.11CHPA算法在不同感知半徑下的網(wǎng)絡生命周期對比70 圖4.12CHPA算法在不同感知半徑下的單輪覆蓋空洞修復的平均能耗對比71 圖4.13CHPA算法在不同感知半徑下的單輪覆蓋空洞修復的平均時耗對比71 圖4.143MeSH算法在不同感知半徑下的網(wǎng)絡覆蓋率對比73 圖4.15CHPA算法與3MeSH算法在不同感知半徑下的單輪能耗對比73 圖4.16CHPA算法與3MeSH算法在不同感知半徑下的單輪時耗對比74 圖5.1EERA算法工作時序圖81 圖5.2EERA算法簇首路由確定流程圖85 圖5.3EERA算法普通節(jié)點選擇簇首流程圖87 圖5.4EERA算法運行流程圖89 圖5.5EERA算法中不同的w1值對網(wǎng)絡死亡節(jié)點個數(shù)的影響對比91 圖5.6EERA算法中不同的w1值對每輪簇首消耗的能量的影響對比91 圖5.7EERA算法中不同的w2值對網(wǎng)絡死亡節(jié)點個數(shù)的影響對比92 圖5.8EERA算法中不同的w2值對每輪簇首消耗的能量的影響對比93 圖5.9幾種不同路由算法下的死亡節(jié)點個數(shù)對比94 圖5.10幾種不同路由算法下的單輪簇首消耗總能量對比95 圖5.11EERA算法與LEACH算法單輪簇首能耗方差對比95 圖5.12EERA算法與LEACHEE算法單輪簇首能耗方差對比96 圖5.13EERA算法與EERP算法單輪簇首能耗方差對比96 表2.1算法仿真參數(shù)設置一覽表32 表3.1CPNSC算法簇內節(jié)點信息表46 表3.2CPNSC算法簇內兩兩節(jié)點距離信息表47 表5.1EERA算法中sink節(jié)點廣播的簇首確認消息中包含的簇首路由表82 表5.2EERA算法中簇首狀態(tài)信息表83 |
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