面向无线传感器网络数据融合的可靠分簇算法研究

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1、隶。轫大·粤硕士学位论文面向无线传感器网络数据融合的可靠分簇算法研究专业：堡!鱼当通焦墨猩硕士研究生：堡廛筮导师：塑至丝撞中国·南京·东南大学信息科学与工程学院移动通信国家重点实验室二零一四年三月AStudyonDependableClusteringforDataAggregationinWirelessSensorNe佃orksThesisSubmittedtoGraduateSchoolofSoutheastUniversitVfortheAcademicDegreeofMasterofEngi

2、neeringByQihangShuSuperVisedbyJunZhengNationalMobileCommunicationsResearchLaboratorySchoolofInformationScienceandEngineeringSoutheastUniVersi蚵学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构

3、的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名蔚蘑舶日期Ⅺ，v．3．◇关于学位论文使用授权的说明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括干IJ登)授权东南大学研究生院办理。签名舒丕箍▲导师签名摘要无线

4、传感器网络的许多应用要求在一个目标区域内高密度地部署大量的传感器，以观察或监测某种物理现象，并将所观察或监测到的数据进行一定的处理后，传送给一个或多个数据汇聚节点作进一步处理。由于所部署的传感器密度高、数量大，在不同位置的传感器所观察或监测到的数据通常在空间上具有一定的相关性，这种相关性会随传感器之间距离的减小而增加，从而在网络中产生相当大的数据冗余。为了减小传感器处理和传送冗余数据所消耗的能量，提高网络的能量利用率，需要采用数据融合技术来消除这种数据间的相关性和网络中的数据冗余。本学位论文研究面向无

5、线传感器网络数据融合的可靠分簇问题以及簇头节点故障检测问题和簇内成员节点恢复问题。论文首先考虑可靠分簇编码问题，并提出了一种面向数据融合的Slepian．Wolf编码可靠分簇算法来解决这一问题。该算法通过分簇过程中对每个成员节点选取一个原始簇头和一个备用簇头，并同时对分簇码率进行优化，不仅使得所有节点为传送(给簇头)采用这些码率进行编码的数据所消耗的总能量尽可能减小，而且使得各簇的成员节点在簇头发生故障的情况下可以通过备份簇头继续传送数据。仿真结果表明，该算法可以在簇头节点发生故障的情况下有效提高网络

6、所传送的数据量，保证网络的正常运行。其次，论文考虑了簇头节点故障的检测问题，并提出了一种基于协作的簇头故障检测方法。该方法通过采用簇头节点定期向各簇内节点发送“心跳”信息，同时让每个成员节点独立接收此心跳信息来确定簇头节点的状态。在此基础上，该方法进一步让每个节点在向簇头节点传输数据时携带自己检测到的簇头状态信息，同时让各节点通过接收邻居节点发送的簇头状态信息来确认簇头节点的状态。为了分析该方法的错误检测概率，本文还建立了一个数学模型。仿真结果表明，本文提出的数学模型能够有效且准确的分析簇头故障的错误

7、检测概率，同时该方法在故障检测时间和错误检测概率上都要优于传统的检测方法。最后，论文研究了在簇头节点发生故障的情况下，簇内成员节点如何向备用簇头的切换问题。对于这个问题，本文提出了一种有效的簇内节点切换方法。该方法在整个网络中采用TDMA和CDMA结合的接入方式，保证簇内节点在原始簇头正常的情况下能够与簇头正常通信，同时在原始簇头发生故障时能够迅速切换到备用簇头进行数据传输。仿真结果表明，该方法能够保证簇内节点切换的成功率，并有效地减少切换过程中的能量消耗。关键词：数据融合，无线传感器网络，可靠分簇，

8、分布式信源编码，故障检测ABSTRACTInawirelesssensornetwork(WSN)，alargenumberofsensornodesaredenselydeployedinanareaofinterestwithadatasir墩deployedwithinornearthearea．ThesensornodesareusedtoobseⅣethephysicalphenomenonwithintheregiona11dtotransi