無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)小型的嵌入式系統(tǒng)。然而,由于傳感器節(jié)點(diǎn)硬件成本與體積限制,導(dǎo)致傳感器自身能量較小,硬件性能較低,在實(shí)際使用時(shí)由于環(huán)境的影響和蓄意的攻擊網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)很容易出現(xiàn)故障或死亡。Venkatesan L研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的影響,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)通信任務(wù)的失敗[1]。因此,網(wǎng)絡(luò)在故障狀態(tài)或在遭受打擊時(shí),仍然能夠提供服務(wù)的能力—無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可生存性成為近些年來(lái)的研究熱點(diǎn)。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),對(duì)其進(jìn)行可生存性量化分析需要將網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抽象化描述,以便于對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析建�！，F(xiàn)階段通過(guò)研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),使用圖論中的相關(guān)理論對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析是研究其可生存性的一個(gè)重要方面。本文在前人的基礎(chǔ)上,探討了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可生存性問(wèn)題,具體內(nèi)容如下:首先,本文以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象,在深入理解國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和相關(guān)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上,通過(guò)分析其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),以韌性度作為測(cè)度,研究了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可生存性。傳統(tǒng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以可靠性研究為主,主要手段是增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的物理硬件性能,以及增加網(wǎng)絡(luò)中的冗余節(jié)點(diǎn)。但網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)眾多,盲目的增加冗余節(jié)點(diǎn),不僅會(huì)造成數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)造成更大的功耗更可能產(chǎn)生資源浪費(fèi)。本文通過(guò)研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),引用圖論相關(guān)知識(shí),可找出對(duì)網(wǎng)絡(luò)生存能力影響最大的節(jié)點(diǎn),然后提出針對(duì)性的優(yōu)化建議,有效地提升網(wǎng)絡(luò)可生存性以及數(shù)據(jù)傳輸能力。其次,本文在可生存性分析模型中運(yùn)用韌性度中相關(guān)參數(shù)作為可生存性的量化指標(biāo),描述圖連通性的指標(biāo)有很多如連通度、核度、整度等,但是這些指標(biāo)只能反映網(wǎng)絡(luò)的抗毀性。無(wú)法對(duì)出現(xiàn)故障的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可生存性分析。為了進(jìn)一步研究網(wǎng)絡(luò)遭受故障和打擊后的連通能力,本文采用了韌性度作為刻畫網(wǎng)絡(luò)可生存性的指標(biāo)。相比于其他參數(shù),通過(guò)韌性度描述網(wǎng)絡(luò)可生存性更加符合系統(tǒng)可生存性的概念。根據(jù)韌性度的概念以及相關(guān)定理建立了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可生存性模型。本文中為了驗(yàn)證WSN可生存性模型以及韌性度作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可生存性評(píng)價(jià)指標(biāo)的有效性,使用基于CC2430的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),通過(guò)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)論進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證軔性度作為網(wǎng)絡(luò)可生存性指標(biāo)的有效性。最后本文介紹了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)的韌性度求解算法,并在粒子群算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行算法的融合,通過(guò)使用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存模型計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的可生存性;通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)的仿真與計(jì)算結(jié)果對(duì)比證明了算法的有效性;通過(guò)與遺傳算法和傳統(tǒng)粒子群算法的比較驗(yàn)證了本文中模擬退火粒子群優(yōu)化算法的優(yōu)越性。最后為了進(jìn)一步說(shuō)明本文中算法對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可生存性的重要意義,通過(guò)模擬無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),并對(duì)模擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化,提高了網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間,以及數(shù)據(jù)傳輸能力,證明使用韌性度評(píng)價(jià)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可生存性的可行性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱商業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP212.9;TN929.5
【部分圖文】：

Ｗａｔｔｓ和Ｓｔｒｏｇａｔｚ等學(xué)者研宄發(fā)現(xiàn)通過(guò)修改規(guī)則網(wǎng)絡(luò)的連接關(guān)系既可以將其改變?yōu)樾??世界網(wǎng)絡(luò)。假設(shè)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)中有Ｎ各節(jié)點(diǎn)，并且網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)與ｋ?（偶數(shù)）個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)相??連，通過(guò)改變節(jié)點(diǎn)之間的連接關(guān)系就可以很容易的得到小世界網(wǎng)絡(luò)。如圖２－１所示。圖??中規(guī)則網(wǎng)絡(luò)含有２０個(gè)節(jié)點(diǎn)，使網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)與相鄰的４個(gè)節(jié)點(diǎn)互相連接。??規(guī)則網(wǎng)絡(luò)?小世界網(wǎng)絡(luò)?隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)??ｗＰ??圖２－１小世界網(wǎng)絡(luò)模型??通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)以概率Ｐ斷開并進(jìn)行重連，重新連接時(shí)連接點(diǎn)隨機(jī)選擇但不可重復(fù)連??－１３－??

點(diǎn)集中割點(diǎn)的個(gè)數(shù)向越大，則網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障的可能性越高，并且在剩余網(wǎng)絡(luò)中??⑴（Ｗ－Ｓ）越大，ｒＷ－Ｓ１）三越小。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中割點(diǎn)數(shù)相同時(shí)，即叫不變，剩余網(wǎng)絡(luò)連通分??支數(shù)越大，則連通分?jǐn)?shù)ｒ（ｙＶ－Ｓ）越小。三者制約關(guān)系如圖３－１所示。??ｔ（ｎ＿ｓ）?．?ｔ｛Ｎ－Ｓ）＇－??／?＼?＼?????／＿?－?ｓ）?／ｓ／?＼?／“》（Ａ／－５Ｖ?／Ｓｊ??Ｉｎｉｔｉａｌ?ｖａｌｕｅ?／ｓ／?Ｔ?ｏ＞（／Ｖ?－?Ｓ）個(gè)?ｔ（Ｗ?－?Ｓ）?ｉ??ｒ（Ｎ＿Ｓ）??，??ｒ（Ｎ－Ｓ）??—?－ｓｉ?ｈ＼?＼?＾－ｊ?／ｓ／??ｚｌ—Ｊ——？—Ａ?Ｌ—Ｌ?，＿Ａ??Ａ＂?／?ｉ．ｓ?ｉｎｖａｒｉａｎｔ?ｗ（Ａ／?—?５＊）丄?ｒ（ｉＶ?—?５＂）個(gè)?／ｓ＊?／?ｉｓ?ｉｎｖａｒｉａｎｔ?ｗ（ｉＶ?－?５）個(gè)?ｔ（Ｎ?—?Ｓ）｜?Ｉ??圖３－１?５１，似丨＃－＊？），ｒ（７Ｖ－５＊）二者之間關(guān)系??３．５實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析??為驗(yàn)證本文中初性度作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可生存性測(cè)度的有效性，本文采用基于??ＣＣ２４３０芯片的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊搭建基本網(wǎng)絡(luò)

＠?＠??圖３－２基本網(wǎng)絡(luò)連拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)??本實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)如圖３－３所示。硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要基于ＣＣ２４３０芯片，該芯片的高??集成度很適合本文實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建。它結(jié)合一個(gè)高性能２．４ＧＨｚ?ＤＳＳＳ射頻收發(fā)器核心??和一顆工業(yè)級(jí)８０５１控制器。在單個(gè)芯片上整合了?ＺｉｇＢｅｅ射頻（ＲＦ）前端、內(nèi)存和微控制??器。??圖３－３實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)??軟件開發(fā)環(huán)境根據(jù)硬件系統(tǒng)的選擇，使用ＩＡＲ７．３０Ｂ，開發(fā)環(huán)境界面如圖３－４所示。??－２２?－??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2887921