无线传感器网络节点调度算法研究与实现(附件)【字数：13464】
摘 要无线传感器网络是在当前的研究领域中最为闪耀的一颗宝石，特点十分鲜明，具有多个学科的高度重叠性，专业知识性极强。无线传感器网络将多个技术融合到一起，比如传感器技术、数据处理和无线通信技术等等。能够协作的实时监测、感知与采集目标区域内不论各种环境下的信息，传递给用户端，并且对这些信息进行计算处理，从而得出需要的结论。无线传感器网络作为当今时代最具有开创性的技术，将人们获取信息的渠道大大拓展，同时也帮助人们提高了获取信息的能力，及时开展这项技术对人了未来的生活影响深远。本文首先介绍了传感器网络的概念，然后对网络节点的组成、特点及感知模型进行详尽的表述。接着列举了集中最为常见的节点调度算法简要介绍，之后基于网络覆盖的算法RAF，基于网络连通的算法RTSS，分析它们的优劣势，接着阐明一种将网络覆盖性和网络连通性兼顾的算法OGDC，说明其优劣。最后从概率感知模型对随机调度算法进行分析，得出此算法中覆盖度与节点数之间的关系，用基于节点平均度的随机调度算法进行佐证，解决了随机调度算法的节点配置问题。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1无线传感器网络概述 1
1.1.1无线传感器网络结构 1
1.1.2无线传感器网络的特点 2
1.2无线传感器网络节点概述 4
1.2.1节点的结构组成 4
1.2.2节点的状态分类 5
1.3节点调度算法的意义 6
1.3.1必要性 6
1.3.2价值论证 6
第二章 节点调度算法的概述 7
2.1节点调度算法的定义 7
2.2节点调度方法的评价指标 8
2.3节点部署方式 9
2.3.1确定性覆盖 9
2.3.2随机覆盖 9
2.4节点的感知模型 9
第三章 经典节点调度算法介绍 11
3.1 基于网络连通的节点调度算法 11
3.2基于网络覆盖的节点调度算法 12
3.2.1基于点覆盖的节点调度算法 12
3.2.2基于区域覆盖的节点调度算法 12
3.3 结合网络联通性和覆盖性的算法 13
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
第四章 随机调度算法的分析 15
4.1随机调度算法的概述 15
4.2随机调度算法的优点分析 16
4.3基于概率感知模型的覆盖度分析 17
4.3.1理论分析 17
4.3.2分析结果仿真 18
4.4基于节点平均度的随机调度算法 19
4.4.1算法概述 19
4.4.2算法的组成和详细步骤 20
4.4.3算法分析 20
结束语 21
致 谢 22
参考文献： 23
第一章 绪论 1.1无线传感器网络概述
1.1.1无线传感器网络结构
无线传感器网络是由数量庞大的节点组成，这些节点造价低廉，通过各种方式部署在目标检测区域内，由无线信号传输信息，建立传感器网络。节点被部署在目标监测区域，或是通过飞机播撒或是人工布置，通过节点自身自组织的特点，来建立无线传感器网络。节点存在的意义就是完成监测区域内信息的感知和采集，然后将采集到的信息发送到用户端。
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图11 无线传感器网络结构
典型的无线传感器网络包括传感器节点、汇聚节点（或者称为基站）、用户端。汇聚节点一般是无线传感器网络中的一个或者数个运算能力很强大而且通信距离非常远的节点。网络正常运行之后，节点将在环境中采集到的信息数据做初步处理，之后进过多跳中继的途径把信息输送到汇聚节点，接着通过互联网或者卫星等方式传送到用户端。目的是让用户通过分析这些数据信息来完成对目标区域的监测。除此之外，用户端也能够在终端中对网络发送指令，对其进行配置和管理。
1.1.2无线传感器网络的特点
（1）大规模性且具有自适应性
为了得到准确的信息数据，将数量庞大的传感器节点随机分布在目标区域中。我们可以从两个方面来体现大规模的特点：一方面是数量众多的传感器节点无规律的分部在广阔的区域里；另一方面在单位面积里的无线传感器网络节点数量众多，排列的非常密集。
大规模性的优势：可以利用各种空间视角得到各异的信息，使其具备更大的信噪比；用分布式的方式处理庞大的反馈信息数据，具有更高的准确性，同时也放宽了任意的节点在精确等级上的要求；除此之外的冗余节点，它们数量众多，其存在也不是多余的。这些冗余的节点就是数量庞大的替补队员，在其他节点犯错或失效的时候，可以替换下失效的节点，极大地减少了系统发生错误的可能性；分布广泛使得盲区也被尽可能的减少。
（2）无中心和自组织
在无线传感器网络中，所有的节点都是同一等级，不会存在有些节点的地位高更重要，有些节点地位低可以随便放弃，不存节点地位高低的说法，自然也就没有所谓的中心点，所有节点的运动都是依据算法来行动，就算想人为干预也行不通，所以就算是在没有其他任何的优化的环境里，只要节点被部署在其中，就会凭借自身自组织的特性形成网络，所有节点担任的任务都是一致的。这种网络不可能有因其中有些中心节点损坏导致网络瘫痪的情况，抗损害的能力十分强大。
（3）动态拓扑属性
无线传感器网络三要素都具备一定的可移动性，由于无线传感器网络节点中的能量是有限的，部分节点存在能量耗尽失去作用的情况；也可能会在监测区域内受到各种环境因素的影响从而离开网络；相应的网络就会分配其他的节点加入其中，来替代离开网络的节点。不同的情况下都会让网络拓扑结构法发生动态变化，使得传感器、感知对象、观察者三者的路径也都相应的跟着变化，网络存在是基于网络自身的调整能力和重新组织架构能力。
（4）以数据为中心的网络
从用户端的角度看，传感器网络的核心是监测数据，并不是网络硬件。从以数据为中心出发，传感器网络的设计一定是以感知数据、处理数据为中心。将网络技术与数据库技术牢牢地结合在一起，从而达到用户在传感器网络进行感知数据的管理和处理工作。 1.2无线传感器网络节点概述
1.2.1节点的结构组成
无线传感器网络节点一般由四部分组成：传感器模块、信息处理模块（或称为计算模块）、通信模块、电源模块。感知模块包括各种类型不同的传感器，节点通过这些传感器对监测区域进行主动或被动探测。
（1）传感器模块：
主要任务是对目标区域里探测信息采集以及对信息的转换；从老式的意义上说传感器模块是由传感器探头和变送系统两个部分组成。工作原理一般是将探测到的物理量的变化通过不同的机制转化成电容、电感或者电阻的变化，然后将这些变化特性通过转换电路转换成可处理的数据信号，用特定的传递函数进行计算。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1无线传感器网络概述 1
1.1.1无线传感器网络结构 1
1.1.2无线传感器网络的特点 2
1.2无线传感器网络节点概述 4
1.2.1节点的结构组成 4
1.2.2节点的状态分类 5
1.3节点调度算法的意义 6
1.3.1必要性 6
1.3.2价值论证 6
第二章 节点调度算法的概述 7
2.1节点调度算法的定义 7
2.2节点调度方法的评价指标 8
2.3节点部署方式 9
2.3.1确定性覆盖 9
2.3.2随机覆盖 9
2.4节点的感知模型 9
第三章 经典节点调度算法介绍 11
3.1 基于网络连通的节点调度算法 11
3.2基于网络覆盖的节点调度算法 12
3.2.1基于点覆盖的节点调度算法 12
3.2.2基于区域覆盖的节点调度算法 12
3.3 结合网络联通性和覆盖性的算法 13
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第四章 随机调度算法的分析 15
4.1随机调度算法的概述 15
4.2随机调度算法的优点分析 16
4.3基于概率感知模型的覆盖度分析 17
4.3.1理论分析 17
4.3.2分析结果仿真 18
4.4基于节点平均度的随机调度算法 19
4.4.1算法概述 19
4.4.2算法的组成和详细步骤 20
4.4.3算法分析 20
结束语 21
致 谢 22
参考文献： 23
第一章 绪论 1.1无线传感器网络概述
1.1.1无线传感器网络结构
无线传感器网络是由数量庞大的节点组成，这些节点造价低廉，通过各种方式部署在目标检测区域内，由无线信号传输信息，建立传感器网络。节点被部署在目标监测区域，或是通过飞机播撒或是人工布置，通过节点自身自组织的特点，来建立无线传感器网络。节点存在的意义就是完成监测区域内信息的感知和采集，然后将采集到的信息发送到用户端。
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图11 无线传感器网络结构
典型的无线传感器网络包括传感器节点、汇聚节点（或者称为基站）、用户端。汇聚节点一般是无线传感器网络中的一个或者数个运算能力很强大而且通信距离非常远的节点。网络正常运行之后，节点将在环境中采集到的信息数据做初步处理，之后进过多跳中继的途径把信息输送到汇聚节点，接着通过互联网或者卫星等方式传送到用户端。目的是让用户通过分析这些数据信息来完成对目标区域的监测。除此之外，用户端也能够在终端中对网络发送指令，对其进行配置和管理。
1.1.2无线传感器网络的特点
（1）大规模性且具有自适应性
为了得到准确的信息数据，将数量庞大的传感器节点随机分布在目标区域中。我们可以从两个方面来体现大规模的特点：一方面是数量众多的传感器节点无规律的分部在广阔的区域里；另一方面在单位面积里的无线传感器网络节点数量众多，排列的非常密集。
大规模性的优势：可以利用各种空间视角得到各异的信息，使其具备更大的信噪比；用分布式的方式处理庞大的反馈信息数据，具有更高的准确性，同时也放宽了任意的节点在精确等级上的要求；除此之外的冗余节点，它们数量众多，其存在也不是多余的。这些冗余的节点就是数量庞大的替补队员，在其他节点犯错或失效的时候，可以替换下失效的节点，极大地减少了系统发生错误的可能性；分布广泛使得盲区也被尽可能的减少。
（2）无中心和自组织
在无线传感器网络中，所有的节点都是同一等级，不会存在有些节点的地位高更重要，有些节点地位低可以随便放弃，不存节点地位高低的说法，自然也就没有所谓的中心点，所有节点的运动都是依据算法来行动，就算想人为干预也行不通，所以就算是在没有其他任何的优化的环境里，只要节点被部署在其中，就会凭借自身自组织的特性形成网络，所有节点担任的任务都是一致的。这种网络不可能有因其中有些中心节点损坏导致网络瘫痪的情况，抗损害的能力十分强大。
（3）动态拓扑属性
无线传感器网络三要素都具备一定的可移动性，由于无线传感器网络节点中的能量是有限的，部分节点存在能量耗尽失去作用的情况；也可能会在监测区域内受到各种环境因素的影响从而离开网络；相应的网络就会分配其他的节点加入其中，来替代离开网络的节点。不同的情况下都会让网络拓扑结构法发生动态变化，使得传感器、感知对象、观察者三者的路径也都相应的跟着变化，网络存在是基于网络自身的调整能力和重新组织架构能力。
（4）以数据为中心的网络
从用户端的角度看，传感器网络的核心是监测数据，并不是网络硬件。从以数据为中心出发，传感器网络的设计一定是以感知数据、处理数据为中心。将网络技术与数据库技术牢牢地结合在一起，从而达到用户在传感器网络进行感知数据的管理和处理工作。 1.2无线传感器网络节点概述
1.2.1节点的结构组成
无线传感器网络节点一般由四部分组成：传感器模块、信息处理模块（或称为计算模块）、通信模块、电源模块。感知模块包括各种类型不同的传感器，节点通过这些传感器对监测区域进行主动或被动探测。
（1）传感器模块：
主要任务是对目标区域里探测信息采集以及对信息的转换；从老式的意义上说传感器模块是由传感器探头和变送系统两个部分组成。工作原理一般是将探测到的物理量的变化通过不同的机制转化成电容、电感或者电阻的变化，然后将这些变化特性通过转换电路转换成可处理的数据信号，用特定的传递函数进行计算。
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