WSNs拓扑管理系统及LEACH-DN算法的设计与实现

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网络的拓扑控制技术是无线传感器网络的核心技术之一。拓扑控制主要用于传感器网络的节约能量、碰撞避免、提升网络性能等。优良的拓扑控制方法不仅可以延长传感器网络的生存时间、减少传感器网络的能量消耗,提高MAC协议和路由协议的效率,还为时间同步、数据融合和目标定位等提供基础。因此,无线传感器网络的拓扑控制技术是目前研究的热点技术之一。本文在研究了无线传感器网络的拓扑控制技术的基础上,针对大规模密集型网络,基于LEACH分簇算法提出了一种优化的拓扑控制算法LEACH-DN(Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy based on Distance and Neighbor)。首先,确定簇的个数;根据簇的个数,把传感器网络的部署区域按照某种方式划分成若干个单元格,每个单元格内形成一个或者两个簇;以簇头为顶点构建最小生成树MST,对最小生成树的树根的选择考虑了簇头的邻居节点个数和簇头与基站的距离这两个因素。本文设计与实现WSNs拓扑管理系统。用户通过该拓扑管理系统对传感器网络的拓扑结构进行分析和控制,以及对拓扑控制算法进行仿真。该系统的功能包括拓扑采集、拓扑展示、拓扑重置、更新拓扑、算法验证、拓扑仿真等。用户使用UI界面发送命令,该命令由基站发送到传感器网络中,传感器节点收到这些命令后,执行相应的操作。对LEACH-DN算法的进行仿真,结果表明,在预设的网络环境下,LEACH-DN算法比LEACH算法在簇头消耗的能量和网络的生存时间方面有更好的性能,即均衡了节点能耗,延长了网络的生存时间。对拓扑管理系统进行了验证和测试,该系统满足预期的要求,对传感器网络的拓扑进行仿真和有效的管理。
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