用于室内环境监测的无线传感器网络拓扑控制研究

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拓扑控制是无线传感器网络的基础问题,拓扑结构的好坏,直接影响无线传感器网络的网络性能。由于传感器节点一般由电池供电,节点能量、计算、通信等资源十分有限,而无线传感器网络所面临的环境复杂多变,节点易失效,通信易受干扰,这使得无线传感器网络的拓扑控制更具有挑战性,需要研究面向具体应用场景的拓扑控制算法。  目前已有的无线传感器网络拓扑控制算法,大部分处于理论研究阶段,针对具体应用场景的算法较少。本文的主要研究内容就是针对室内环境监测这一典型应用场景,考虑应用特点及各类影响因素,对拓扑控制进行深入研究,提出可用于室内环境监测的拓扑控制算法。  本文首先对现有的拓扑控制算法进行了分析和研究,并对各个拓扑控制算法在室内环境监测中的适用性进行了讨论。通过对比分析,我们将实用性较好的XTC(X Topology Control)拓扑控制算法作为研究重点,综合考虑节点能量均衡、网络生存时间等因素,对XTC算法进行了改进,提出了能量均衡的XTC改进算法;此外针对室内环境监测场景的特性,分别给出了室内环境监测下的XTC链路动态调整方法和XTC链路质量度量标准。  在本文中,对XTC算法和能量均衡的XTC改进算法都进行了理论验证和仿真研究。实验结果表明,能量均衡的XTC改进算法比XTC算法更加适用于室内环境监测,该改进算法能够有效控制传感器节点的能量均衡,延长节点寿命,进而推迟网络失效。
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