| 题名 | 考虑网络稳定性的认知无线传感器网络分簇协议设计 |
| 作者 | 陈思1,2 |
| 答辩日期 | 2019-05-17 |
| 授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 授予地点 | 沈阳 |
| 导师 | 郑萌 |
| 关键词 | 无线传感器网络 认知无线电 分簇协议 网络寿命 网络稳定性 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 其他题名 | Design of Network Stability-Aware Clustering Protocol for Cognitive Radio Sensor Networks |
| 学位专业 | 检测技术与自动化装置 |
| 英文摘要 | 无线传感器网络是由大规模、低成本传感器节点自组织形成的短距离通信网络技术，现已广泛应用于环境监测、医疗护理和目标跟踪等多个领域。随着无线技术的高速发展，Zigbee、蓝牙等多种无线技术同无线传感器网络均工作在ISM频段，各种共存无线技术的干扰导致无线传感器网络的传输性能严重下降。认知无线传感器网络是认知无线电技术和无线传感器网络的完美结合，使网络中节点能够机会式接入空闲的授权频段，有效避免ISM频段上的共存干扰。然而，授权频段的频谱动态性将导致网络拓扑结构频繁变化，认知无线传感器网络的管理和维护开销巨大。分簇管理是降低网络开销的有效方法，本文围绕考虑网络稳定性的认知无线传感器网络分簇协议展开研究。首先，本文对无线传感器网络，认知无线电技术和认知无线传感器网络的相关概念、特点进行了归纳总结，阐述了分簇协议对于认知无线传感器网络的重要性，总结了目前分簇协议在国内外的研究现状，指出了现有认知无线传感器网络分簇协议的不足之处，并具体介绍了相关的典型分簇协议。其次，为了保证网络分簇结构的稳定性，提出了一种基于信道稳定性的认知无线传感器网络分簇协议。网络中的传感器节点首先检测自身的剩余能量和可用信道，并将该信息在网内广播。然后，每个节点利用检测到的邻居节点集合、可用信道集合和邻居节点的可用信道集合等信息组建二分图。二分图子图中边权重的累加值最大的完全二分图为节点的最大边团。最后，每个节点利用最大边团中节点剩余能量和公共可用信道质量的信息计算节点权重。权重较大的节点优先被选为簇首节点。权重较小的节点则加入到邻居簇首所在簇。该协议在构建簇的过程中，实现簇内公共可用信道的多重备份。仿真结果显示，所设计的分簇协议在提升网络稳定性方面效果显著。最后，考虑到网络寿命也是影响网络稳定性的重要因素，提出了一种基于能耗建模的认知无线传感器网络分簇协议。该协议中，节点利用其最大边团中的公共可用信道质量、节点剩余能量和簇首能耗预测来计算权重，权重大的节点优先成为簇首，其他节点加入邻居簇首所在簇。当网络拓扑结构稳定时，协议采用簇内的“簇首轮值”机制，即剩余能量多的节点成为当前工作周期中的轮值簇首。“簇首轮值”机制能够使网络中负载均衡。仿真结果表明，所设计的分簇协议在延长网络寿命，提高网络稳定性方面效果明显。 |
| 语种 | 中文 |
| 产权排序 | 1 |
| 页码 | 56页 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.sia.cn/handle/173321/25181]  |
| 专题 | 沈阳自动化研究所_工业控制网络与系统研究室 |
| 作者单位 | 1.中国科学院大学 2.中国科学院沈阳自动化研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陈思. 考虑网络稳定性的认知无线传感器网络分簇协议设计[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2019. |
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