大规模无线移动传感器网络若干关键技术研究

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1、隶南大·磐博士学位论文大规模无线移动传感器网络若干关键技术研究本论文获国家973计划项目(2007CB310600)、国家自然科学基金项目(60872004)、国家科技重大专项(2010ZX03006—002．01)等资助。RESEARCHONSOMEKEYTECHNOLOGIESFORLARGE．SCALE、ⅥRELESMOBILESENSORNETWORKSADissertationSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofDoctorofEngineeringBY

2、DENGShu·guangSut6sedbySupervisedbyProf．SHENLian—fengSchoolofInformationScienceandEngineeringSoutheastUniversityDecember2011东南大学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他教育机构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

3、任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、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(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。日期．力}1．I六弓日期：刀}『．1以歹摘要大规模无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSN)通常由部署在监测

4、区域内的大量传感器节点组成，目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域里所监测对象的信息，并传送给信息观察者。随着微电子系统、通信技术和传感器技术的发展，无线传感器网络己成为信息领域的研究热点，具有广泛的应用前景。但在海洋探测、野生动物保护及交通拥塞控制等特殊环境中，需要网络中的传感器节点具有移动性。这种由大量可移动传感器节点所组成的大规模无线移动传感器网络(WirelessMobileSensorNetworks，WMSN)在信息获取能力、信息传输可靠性和网络健壮性等方面功能更为强大，备受广大研究者重视。由于节点移动将导致网络拓扑

5、频繁改变，故静态无线传感器网络中的相关技术不太适应节点移动的情况。因此，本学位论文从节点移动无序情况下WMSN的分簇技术、认知路由、动态频谱分配及协同策略、以及节点移动有序情况下的数据融合和按需路由等五个方面分别进行了研究，取得如下研究成果。1、提出一种支持节点移动的分簇方法为解决传感器网络中由于节点移动性导致较高丢包率和过多功耗等问题，基于移动预测机制提出了一种支持节点移动的分簇协议(Mobility．basedClusteringProtocol，MBC)。该协议结合移动节点剩余能量和移动速度选举簇头，并通过移动预测最大限度建

6、立移动节点与簇头的稳定连接实现分簇。簇头按照维持连接时间的升序创建簇内时分多址(TimeDivisionMultipleAccess，TDMA)时序表，簇成员在数据传输阶段按时序表自发依次完成数据传送，离开原簇的节点为避免包丢失将重新竞选加入新簇。仿真结果显示，相同条件下MBC协议的丢包率比基于簇的路由(ClusterBasedRouting，CBR)协议和LEACH．Mobile协议分别减少了25％和50％，而在平均功耗和平均控制开销等方面较其他两种协议有显著降低，能较好地适应节点高速移动的环境。2、提出一种支持多信道的认知路由

7、和优化协议为在频谱资源紧张的情况下提高网络吞吐量，增加网络生命期，保障网络中信息的顺利传输，采用跨层设计思想提出了一种基于多信道的认知路由和优化协议(CognitiveRoutingandOptimizationProtocolBasedonMulti．Channel，CROMC)。该协议针对当前频谱资源紧张和硬件受限的情况，在对频谱空洞、平均路由吞吐量、网络生命期、路由能力等进行定义后，通过簇头间的频谱协商选择链路间的通信频谱、数据传输速率和传输功率，并由基站选择满足路由能力的最小权重路由进行数据传输。理论分析与仿真结果表明，C

8、ROMC协议具有计算复杂度低、网络生命期较长和网络吞吐量较大的优点，可有效应用于大规模无线移动传感器网络中。3、提出一种动态频谱分配及协同策略动态频谱分配能扩展无线移动传感器网络通信频段，有效解决该网络中频谱资源日益匮乏的问题。为降低碰撞率与复杂性