基于节点调度策略的无线传感器网络覆盖问题的研究

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1、·分类号：TP393单位代码：10183研研究生学号：2013524017密级：公开吉林大学硕士学位论文（专业学位）基于节点调度策略的无线传感器网络覆盖问题的研究TheResearchofWirelessSensorNetworkCoverageProblemBasedonNode-schedulingStrategy作者姓名：倪佳伟类别：工程硕士领域（方向）：电子与通信工程指导教师：董颖副教授培养单位：通信工程学院吉2016年6月基于节点调度策略的无线传感器网络覆盖问题的研究ＴｈｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｅｔｗｏｒｋＣｏｖｅｒ

2、ａｇｅＰｒｏｂｌｅｍＢａｓｅｄｏｎＮｏｄｅ－ｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇＳｔｒａｔｅｇｙ作者姓名：倪佳伟专业名称：电子与通信工程指导教师：董颖副教授学位类别；工程硕±答辩日期；年＾月ｒ日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕±学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研

3、究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论支不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中Ｗ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：曰期：＞心年Ｉ月＾Ｂ摘要基于节点调度策略的无线传感器网络覆盖问题的研究无线传感器网络是由大量低功耗，具有覆盖监测以及通信能力的节点所组成的自组织网络，可以广泛地应用于军事，医疗，生活等诸多领域。但是由于无线传感器网络中传感器节点的计算能力、存储能力、电源容量等资源有限，同时传感器网络节点需要处理大量的覆盖监控信息以及

4、通信数据，因此在覆盖监测的过程中需要在尽量保证网络覆盖能力的前提下，延长网络的生命周期，节约并且均衡网络能量，是目前无线传感器网络研究的一个重点问题。在传统的无线传感器网络经典的LEACH算法中，网络簇头节点只考虑了路径传输以及能量的低耗性，但是没有考虑网络覆盖性能。同时LEACH算法随机性地选举簇头，随机进行分簇，没有考虑在使用多边形分簇的同时对网络中簇头节点和簇内节点引入不同的覆盖半径对网络性能的影响以及死亡节点对网络性能的影响。为了保证网络的初始覆盖性能会引入大量的节点参与工作，这时就会产生许多的冗余节点同时工作从而造成网络能量的浪费。鉴于上述的问题，本文针对经典

5、LEACH算法进行覆盖保持的改进以及睡眠调度的改进，改进为一种基于死亡节点与半径调整的覆盖保持算法LEACH_D_R，以及在覆盖保持算法的基础上改进为一种基于节点信息的睡眠调度算法LEACH_DR_ES。本文主要的创新点如下：(1)本文对LEACH算法在覆盖保持性能方面进行改进，改进算法为LEACH_D_R，该算法首先建立网络能量模型，引入泰森多边形对簇头节点进行Voronoi图分簇，每一个多边形内就是一个簇。由于簇头节点承担任务较多，能耗也相对较大，故而在选择簇头节点时需采用优化的随机轮换选择机制，根据节点类型选择节点的覆盖感知半径，即簇内节点减小其起始覆盖感知半径，

6、簇头节点增大其起始覆盖感知半径，同时在簇头优化中考虑网络中死亡节点数目情况对簇头选举的影响。当簇头节点的能量即将耗尽时，即向其所在Voronoi多边形中，也就是当前簇内距离最近的邻居节点发送消息(如果当前簇内没有存活节点则选择距离最近的节点)，令其接替成为临时簇头节点，等待下一次簇头选择，依次循环调度以完成数据搜集的任务。(2)在LEACH_D_R覆盖保持算法的基础上采用节点睡眠调度机制，改进的节点睡眠调度算法LEACH_DR_ES。该算法将网络中大量节点的冗余性能加以利用，将网络分为若干个时间轮，在每个时间轮内将网络分为感知阶段，调度阶段和工作阶段三个阶段。感知阶段对

7、网络邻居节点状态以及节点信息进行感知。调度阶段进行睡眠调度，根据网络节点的冗余性能，节点距离位置关系，节点的角色性质以及节点的剩余能量I状况采取阈值睡眠调度，达到要求或者阈值的节点则进入睡眠状态或者唤醒状态。工作阶段完成网络各节点状态转换进行通信工作，从而循环往复的进行调度。最后本文对网络所改进的LEACH_D_R覆盖保持算法和LEACH_DR_ES节点休眠调度算法与LEACH算法进行了性能的评估的对比，包括网络生存节点与死亡节点数目变化，数据传输能力，网络生存时间，网络簇头数目，覆盖率以及节点网络能量消耗率。通过仿真实验可以覆盖保持算法