能量采集无线传感器网络的能量预测及分簇算法

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1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________全日制专业学位硕士论文能量采集无线传感器网络的能量预测及分簇算法学位申请人：潘泽中学科领域：计算机技术指导教师：朱路副教授答辩日期独创性声明本人郑重声明：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

2、致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定，本论

3、文无保密内容。学生本人签名日期校内导师签名日期摘要能量采集无线传感器网络的能量预测及分簇算法摘要无线传感器网络(WirelessSensorNetworks，WSN)节点由容量有限的电池供电，存在严重的能量约束问题。能量采集无线传感器网络(EnergyHarvestingWSN，EH-WSN)利用能量采集技术，可以收集环境中的可用能量为网络供电，有效地缓解了传感器节点能量受限问题。由于采集的能量受随机性环境变化的影响，具有明显的日、季节变化，以及不连续性和不确定性。如何在变化的采集能量下，使网络持续稳定工作，

4、同时发挥最大性能是EH-WSN研究面临的主要问题。本文在此背景下研究能量预测及能耗均衡的异构分簇算法，并设计网络性能优化方法。主要工作包括：1)基于自适应滤波器的能量预测算法。该算法通过记录传感器节点环境能量采集的历史数据，利用s阶自适应滤波器对未来能量进行预测。以实际观测值与预测值间误差的归一化最小平方根为参数，自适应更新滤波器系数，实时跟随环境变化，从而实现高精度的能量预测。仿真结果表明，在与传统算法的对比下，本算法以综合更低的资源占用，获得较高的预测精度。2)基于EH-WSN的能耗均衡异构分簇协议（DE

5、HCH）。针对原始LEACH协议的不足，根据节点剩余能量、节点能量采集机会以及节点到基站的距离三个因子，对分簇算法的簇头选择进行了改进。使与基站距离越近、能量采集机会和剩余能量越大的传感器节点成为簇头的概率相对越大。仿真结果表明，DEHCH协议可使网络的负载平衡能力提升，有效地提高了EH-WSN的性能。3)针对固定性能网络不能适应能量采集环境变化的不足，提出了自适应环境能量跟随网络性能优化算法。使网络能够跟随环境能量可用情况以及网络节点平均剩余能量状态，实时自适应调整网络性能优化因子。仿真结果表明，算法在不同

6、能量采集环境下，在保证一定网络节点活动率的同时，自动调整网络数据通信速率，达到更高的数据吞吐量。关键词：无线传感器网络，能量采集，能量预测，分簇算法，网络优化IAbstractENERGYPREDICTIONANDCLUSTERINGALGORITHMINENERGYHARVESTINGWIRELESSSENSORNETWORKABSTRACTWirelessSensornetwork(WSN)nodesexistseriousenergyconstraintproblemsasitspowersupplyb

7、ythelimitedcapacityofthebattery.Energyharvestingwirelesssensornetworks(EH-WSN)usingenergyharvestingtechniquestocollectavailableenergyofenvironmentforthepowersupplynetworkandrelievetheproblemoflimitedsensornodeenergy.Duetotheacquisitionenergyisvulnerableaffe

8、ctedbyrandomenvironmentalchange,hasobviousdailyandseasonalchange,aswellasthediscontinuityanduncertainty.Howtomakethenetworkworksteadyandconsistentlyontheconditionofcollectingenergyinvariation,atthesame