多天线系统

本科毕业设计无线传感器网络的功率控制与簇首选择姓名杨晓坤院系信息与电气工程学院专业通信工程年级09级通信一班学号20093615348指导教师张玉玲2013年05月30日独创声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已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已在文中以明确方式标明。此声明的法律后果由本人承担。作者签名：年月日毕业设计使用授权声明本人完全了解鲁东大学关于收集、保存、使用毕业设计的规定。本人愿意按照学校要求提交设计的印刷本和电子版，同意学校保存设计的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者（签名）：年月日毕业设计开题报告姓名杨晓坤性别男学院信息与电气工程学院年级通信0901学号20093615348题目无线传感器网络的功率控制与簇首选择课题来源教师推荐课题类别基础研究选题意义（包括科学意义和应用前景，研究概况，水平和发展趋势，列出主要参考文献目录）：无线传感器网络可以实时监测、感知和传输网络分布区域内的各种环境或监测对象信息，极大地提高了传感器的监测面积和性能，被广泛地应用于国防、环境、医疗、救灾等各领域。传感器节点由电池供电，而节点通常部署在难以更换电池的地区，因此能量就成为传感器网络中一个非常关键的资源。在传感器节点的能量消费中，无线传输的能耗占了其中的绝大部分。因此如何进行传感器网络的传输功率控制，以较低的能耗保证网络数据传输性能就成为了传感器网络中的关键问题。无线传感器网络的整体性能高度依赖于各种能有效利用能量的分簇路由算法，因此簇首的选择问题也是无线传感器网络功率控制的研究重点。参考文献：1、于海斌，曾鹏等．智能无线传感器网络系统[M]．第一版．北京：科学出版社．2006．2、郑相全等．无线自组网技术实用教程0vr]．北京：清华大学出版社．2000.3、李芳敏，徐文君，高超。一种适用于无线传感器网络的功率控制MAC协议，软件学报，2007研究主要内容和预期结果（说明具体研究内容和拟解哪些问题及其价值，或应用的可能性及效果）：论文将首先介绍无线传感器网络发展的动态，从能量效率的角度出发，对无线传感器网络功率控制技术进行深入研究。首先，研究无线传感器网络的组成结构与工作原理，其次结合当前无线传感器网络功率控制的研究现状，整体上分析比较了无线传感器网络各层次的功率控制特点及性能优劣，并研究无线传感器网络的功率控制在能量效率方面的实际应用以及存在的一些主要问题。再结合多方面文献，深入研究簇首的选择问题，重点是两种常用的选择簇首的算法，Heed算法和Leach算法，之后对这两种算法进行研究和比较，指出两种算法的优缺点并采用Matlab进行仿真。拟采取的研究方法和技术路线（包括理论分析、计算，实验方法和步骤及其可行性论证，可能遇到的问题和解决方法，以及研究的进度与计划）：通过查阅资料了解无线传感器网络的功率控制技术以及簇首选择的发展现状、发展前景，充分了解其在生活、生产、军事等不同领域的典型应用，系统的了解其不同用途及性能。分析无线传感器网络功率控制的典型应用系统以及其控制方法，从能量效率的角度出发，了解无线传感器网络的功率控制在能量效率方面存在的问题、常规的解决方案、以及其在应用方面的重要性等问题。通过查阅资料了解无线传感器的功率控制在能量效率方面的一些主要公式算法、理论依据，并通过Matlab模拟仿真，对比Leach算法和Heed算法的优缺点和不同。通过查阅资料，进一步完善论文。指导教师意见（对论文选题的意义、应用性、可行性、进度与计划等内容进行评价，填写审核结果：同意开题、修改后再开题、不同意开题）：无线传感器网络是由大量具有感知、数据处理和通信能力的微型传感器，通过自组织形式构成的网络。通过节点间的分工协作，无线传感器网络可以实时监测、感知和传输网络分布区域内的各种环境或监测对象信息，极大地提高了传感器的监测面积和性能，被广泛地应用于国防、环境、医疗、救灾等各领域。本课题研究无线传感器网络的功率控制问题，具有较好的实际意义。研究内容较为丰富，紧扣题目。研究方案切实可行，技术路线明确清晰，相信该同学有能力完成毕业设计。同意开题。签名：年月日院（系）毕业论文（设计）领导小组意见：（签章）年月日毕业设计结题报告姓名杨晓坤性别男学院信息与电气工程学院年级通信0901学号20093615348题目无线传感器网络的功率控制与簇首选择课题来源教师推荐课题类别基础研究本课题完成情况介绍（包括研究过程、实验过程、结果分析、存在的问题及应用情况等。）通过查阅资料了解了无线传感器网络的功率控制的研究背景、现状、发展前景、应用领域等，并深入了解其结构组成，以及功率控制对无线传感器网络的影响。通过导师的指导和查阅文献，深入研究了Heed算法和Leach算法，之后用Matlab仿真了两种算法的簇首分布图和网络寿命图，分析两种算法的差异。在节能方面，本文所提方案只在小型网络中实验验证通过，在大型网络中可能出现其它问题，有待进一步实验与改进；另外，还可以结合高效的数据融合算法、优化链路层等方法可以进一步提高节能效果。指导教师评语：本论文研究了无线传感器网络的功率控制问题，首先通过理论分析，研究了Leach算法和Heed算法，然后通过Matlab进行系统仿真，分析了Leach算法和Heed算法在簇首选择方面的差异。但研究中也有不足之处，例如没有考虑其它的簇首选择算法。论文书写较为规范，语言流畅，逻辑清晰，仿真数据较为准确，基本完成了毕业设计的研究内容。经审阅，该设计是一个合格的本科毕业设计，同意结题。签名：年月日院毕业设计领导小组意见：（公章）年月日指导教师评定成绩毕业设计成绩评定表学院：信息与电气工程学院学号：20093615348姓名杨晓坤总成绩：题目无线传感器网络的功率控制与簇首选择评阅人评语评定成绩：签名：年月日答辩小组评语答辩成绩：组长签名：年月日注：总成绩=指导教师评定成绩（50%）+评阅人评定成绩（20%）+答辩成绩（30%），将总成绩由百分制转换为五级制，填入本表相应位置。目录摘要………………………………………………………………………………….1Abstract………………………………………………………………………………..11引言…………………………………………………………………….………….22WSN的功率控制问题……………………………………………….…………...52.1WSN的体系结构……………………………………………………………......42.1.1WSN的结构………………………………………………………….…........42.1.2WSN节点结构………………………………………………………………..42.2功率控制对WSN的影响…………………………………………….………….52.3典型的功率控制协议与算法………………………………………….…………62.4WSN功率控制的分层设计………………………………………….…………...62.4.1网络层的功率控制…………………………………………….…..…………62.4.2链路层的功率控制……………………………………………………………63Leach算法、Heed算法的研究……………………………………..…………….73.1簇的相关研究…………………………………………………………………...73.2Leach算法研究……………………………………………………….………….73.3Heed算法研究………………………………………………………….………..84仿真与分析…………………………………………………………….…………...85结束语……………………………………………………………………………..10参考文献……………………………………………………………………………..10附录仿真代码………………………………………………………………………11致谢…………………………………………………………………………………..16鲁东大学本科毕业设计1无线传感器网络的功率控制研究杨晓坤（信息与电气工程学院，通信工程，2009级1班，20093615348）摘要：无线传感器网络融合了嵌入式技术、无线通信技术、传感器技术以及信息处理技术等许多常见技术，是一种全新的信息收集和处理的网络体系。通常情况下，无线传感器网络是由许多传感器节点组建而成，节点主要通过外接电池提供能量。因为传感器节点很多时候被安置在许多不容易到达的区域并且规模庞大，所以电池的更换就比较困难。所以减少网络的功耗和增加网络的生存时间是无线传感器设计的关键。本文首先介绍了无线传感器网络的研究背景、应用领域、应用前景，并介绍了WSN的体系构造及WSN的功率控制问题，并从簇首的选择入手，通过Matlab仿真深入研究了Heed算法和Leach算法在簇首选择时的异同。关键字：无线传感器网络；簇首选择；多簇算法；功率控制ThePowerControlofWirelessSensorNetworkResearchYangXiaokun(DepartmentofCommunicationEngineering,SchoolofInformationandElectricalEngineering)Abstract:Wirelesssensornetwork(WSN)isakindofbrand-newinformationcollectionandprocessingnetworksystem,itisacombinationofmanypopulartechnologiesincludingwirelesscommunicationtechnology、sensortechnologyandinformationprocessingtechnologyetc.Typically,wirelesssensornetworkisestablishedbymanysensornodes,whicharepoweredbyexternalbattery.Becausesensornodesareoftenplacedinmanyareasandlargescalewhereisnoteasytoarrive,sothebatteryreplacementisdifficult.Thusreducingthepowerconsumptionofthenetworkandincreasingthesurvivaltimeofnetworkisthekeyproblemtothewirelesssensordesign.Thispaperfirstlyintroducestheresearchbackgroundofwirelesssensornetwork,applicationfieldandapplicationprospect,andintroducesthesystemstructureofWSNandthepowercontrolproblemofWSN.Secondly,webeganwiththeselectionprincipleofclusterhead,andobtainedtheperformanceoftwomethods(HeedalgorithmandLeachalgorithm)throughMatlabsimulation,andgotsomeconclusions.Keywords:wirelesssensornetwork(WSN);Selectionofclusterhead;multipleclustersalgorithm;Powercontrol鲁东大学本科毕业设计21引言随