【摘要】：由于傳感器節(jié)點體積較小、能量有限且不能補充,所以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究時面臨的關(guān)鍵問題便是資源有限,通信、計算、儲存及帶寬傳輸?shù)饶芰κ艿较拗�。小世界網(wǎng)絡(luò)具有集聚系數(shù)較高而平均最短路徑長度較短的特點,存在于眾多現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)中。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中適當添加長程鏈接即捷徑,構(gòu)造具有小世界特性的無線傳感器網(wǎng)絡(luò),能夠有效地提升網(wǎng)絡(luò)的性能。因為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所處環(huán)境復(fù)雜多變,節(jié)點失效是不可避免的,所以研究節(jié)點失效后網(wǎng)絡(luò)正常運行的情況并基于此改進網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是至關(guān)重要的。網(wǎng)絡(luò)抗毀性描述的就是網(wǎng)絡(luò)在部分節(jié)點失效后維持正常工作的能力,因此需要確定一種衡量無線傳感器網(wǎng)絡(luò)抗毀性能的測度。本文提出了一種基于分區(qū)的均衡能耗模型(PUECM模型),在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中通過添加捷徑構(gòu)建小世界模型。該模型主要針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的兩個特點展開:其一是網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點都要將感知處理過的信息發(fā)送給Sink節(jié)點;其二是距離Sink節(jié)點較近的節(jié)點能耗比其他節(jié)點快,其失效極易導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)崩潰�；诖�,PUECM模型創(chuàng)建的捷徑都是指向Sink節(jié)點,且捷徑的端點會隨著網(wǎng)絡(luò)的運行周期地輪換于不同高級節(jié)點間。其中,捷徑端點的選擇取決于網(wǎng)絡(luò)中高級節(jié)點所處的區(qū)域、剩余能量及指向Sink節(jié)點的角度。首先由高級節(jié)點地理位置確定備選節(jié)點,然后選擇其中剩余能量最高的節(jié)點最捷徑端點。若存在至少兩個備選節(jié)點同為能量最高者,則由指向Sink節(jié)點的角度確定捷徑端點。仿真結(jié)果表明PUECM模型不僅具有良好的小世界特性,還可以均衡網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的能耗,降低數(shù)據(jù)通信延遲,提高網(wǎng)絡(luò)的整體效率。針對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點極易失效問題,本文還提出了一種基于節(jié)點重要度熵的抗毀性評估測度,即確定一種衡量基于小世界模型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)抗毀性的標準。首先評估網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的重要性,主要考慮的是小世界理論中衡量節(jié)點重要性的介數(shù)概念及鄰居節(jié)點和鄰邊對節(jié)點重要性的影響。與其他節(jié)點重要度衡量標準相比,本文提出的節(jié)點重要性評價標準是最全面準確的。然后借助于熵的概念,確定網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點重要度的均勻程度,即網(wǎng)絡(luò)的重要度熵,以此表示網(wǎng)絡(luò)的抗毀性。仿真對比了采用不同抗毀性測度衡量不同類型節(jié)點失效后網(wǎng)絡(luò)抗毀性的結(jié)果。結(jié)果顯示,與基于節(jié)點度熵和最短路徑數(shù)的抗毀性測度比較,基于節(jié)點重要度熵的抗毀性評估測度更能準確而全面的評估網(wǎng)絡(luò)的抗毀性能。
[Abstract]:Because the volume of sensor nodes is small, the energy is limited and can not be replenished, the key problems in the research of wireless sensor networks are limited resources, communication, computing, storage and bandwidth transmission. Small-world networks have the characteristics of high agglomeration coefficient and short average shortest path length, and exist in many real networks. Adding long-range links to wireless sensor networks is a shortcut to construct wireless sensor networks with small-world characteristics, which can effectively improve the performance of the network. Because the environment of wireless sensor networks is complex and changeable, node failure is inevitable, so it is very important to study the normal operation of the network after node failure and improve the network topology based on it. Network invulnerability describes the ability of the network to maintain normal work after the failure of some nodes, so it is necessary to determine a measure to measure the anti-destruction performance of wireless sensor networks. In this paper, a partition-based balanced energy consumption model (PUECM model) is proposed to construct a small-world model by adding shortcuts in wireless sensor networks. The model mainly aims at two characteristics of wireless sensor network: one is that all the nodes in the network should send the perceptual processed information to the Sink node; The other is that the energy consumption of the node close to the Sink node is faster than that of the other nodes, and its failure can easily lead to the collapse of the whole network. Based on this, the shortcuts created by the PUECM model point to Sink nodes, and the end points of shortcuts rotate among different advanced nodes according to the running cycle of the network. Among them, the choice of shortcut endpoint depends on the area of the advanced node in the network, the residual energy and the angle pointing to the Sink node. Firstly, the alternative node is determined by the geographical location of the advanced node, and then the shortest endpoint of the node with the highest residual energy is selected. If there are at least two alternative nodes with the highest energy, the shortcut endpoint is determined by the angle pointing to the Sink node. The simulation results show that the PUECM model not only has good small-world characteristics, but also can balance the energy consumption of nodes in the network, reduce the delay of data communication and improve the overall efficiency of the network. In order to solve the problem that network nodes are easy to fail, this paper also proposes an evaluation measure of invulnerability based on node importance entropy, that is, to determine a standard to measure the invulnerability of wireless sensor networks based on small-world model. Firstly, the importance of nodes in the network is evaluated, and the concept of medium to measure the importance of nodes in small world theory and the influence of neighbor nodes and adjacent edges on the importance of nodes are mainly considered. Compared with other node importance measurement criteria, the node importance evaluation criteria proposed in this paper are the most comprehensive and accurate. Then, with the help of the concept of entropy, the uniformity of node importance in the network, that is, the importance entropy of the network, is determined to represent the invulnerability of the network. The results of using different invulnerability measures to measure the network invulnerability of different types of nodes are simulated and compared. The results show that compared with the invulnerability measure based on node degree entropy and the shortest path number, the invulnerability evaluation measure based on node importance entropy is more accurate and comprehensive than the one based on node degree entropy and the shortest path number.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP212.9;TN929.5

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本文編號：2492917