無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Network,WSN)中每個節(jié)點都是一個小型的嵌入式系統(tǒng)。然而,由于傳感器節(jié)點硬件成本與體積限制,導致傳感器自身能量較小,硬件性能較低,在實際使用時由于環(huán)境的影響和蓄意的攻擊網(wǎng)絡中的節(jié)點很容易出現(xiàn)故障或死亡。Venkatesan L研究發(fā)現(xiàn)當無線傳感器網(wǎng)絡中某個節(jié)點出現(xiàn)故障會對網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同程度的影響,嚴重時會造成網(wǎng)絡通信任務的失敗[1]。因此,網(wǎng)絡在故障狀態(tài)或在遭受打擊時,仍然能夠提供服務的能力—無線傳感器網(wǎng)絡的可生存性成為近些年來的研究熱點。由于無線傳感器網(wǎng)絡是一種復雜網(wǎng)絡系統(tǒng),對其進行可生存性量化分析需要將網(wǎng)絡進行抽象化描述,以便于對網(wǎng)絡進行分析建模�，F(xiàn)階段通過研究無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu),使用圖論中的相關(guān)理論對網(wǎng)絡進行分析是研究其可生存性的一個重要方面。本文在前人的基礎(chǔ)上,探討了無線傳感器網(wǎng)絡的可生存性問題,具體內(nèi)容如下:首先,本文以無線傳感器網(wǎng)絡為研究對象,在深入理解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和相關(guān)理論知識的基礎(chǔ)上,通過分析其拓撲結(jié)構(gòu),以韌性度作為測度,研究了無線傳感器網(wǎng)絡的可生存性。傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡以可靠性研究為主,主要手段是增強網(wǎng)絡中節(jié)點的物理硬件性能,以及增加網(wǎng)絡中的冗余節(jié)點。但網(wǎng)絡中節(jié)點眾多,盲目的增加冗余節(jié)點,不僅會造成數(shù)據(jù)傳輸延時造成更大的功耗更可能產(chǎn)生資源浪費。本文通過研究無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu),引用圖論相關(guān)知識,可找出對網(wǎng)絡生存能力影響最大的節(jié)點,然后提出針對性的優(yōu)化建議,有效地提升網(wǎng)絡可生存性以及數(shù)據(jù)傳輸能力。其次,本文在可生存性分析模型中運用韌性度中相關(guān)參數(shù)作為可生存性的量化指標,描述圖連通性的指標有很多如連通度、核度、整度等,但是這些指標只能反映網(wǎng)絡的抗毀性。無法對出現(xiàn)故障的網(wǎng)絡進行可生存性分析。為了進一步研究網(wǎng)絡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)絡可生存性的指標。相比于其他參數(shù),通過韌性度描述網(wǎng)絡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)定理建立了無線傳感器網(wǎng)絡的可生存性模型。本文中為了驗證WSN可生存性模型以及韌性度作為無線傳感器網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)可生存性評價指標的有效性,使用基于CC2430的無線傳感器網(wǎng)絡模塊搭建實驗平臺,通過將實驗結(jié)果與計算結(jié)論進行對比,驗證軔性度作為網(wǎng)絡可生存性指標的有效性。最后本文介紹了無線傳感器網(wǎng)絡點的韌性度求解算法,并在粒子群算法的基礎(chǔ)上進行算法的融合,通過使用無線傳感器網(wǎng)絡的生存模型計算網(wǎng)絡的可生存性;通過對簡單網(wǎng)絡的仿真與計算結(jié)果對比證明了算法的有效性;通過與遺傳算法和傳統(tǒng)粒子群算法的比較驗證了本文中模擬退火粒子群優(yōu)化算法的優(yōu)越性。最后為了進一步說明本文中算法對于無線傳感器網(wǎng)絡可生存性的重要意義,通過模擬無線傳感器網(wǎng)絡,并對模擬網(wǎng)絡進行優(yōu)化,提高了網(wǎng)絡生存時間,以及數(shù)據(jù)傳輸能力,證明使用韌性度評價無線傳感器網(wǎng)絡可生存性的可行性。
【學位單位】：哈爾濱商業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TP212.9;TN929.5
【部分圖文】：

Ｗａｔｔｓ和Ｓｔｒｏｇａｔｚ等學者研宄發(fā)現(xiàn)通過修改規(guī)則網(wǎng)絡的連接關(guān)系既可以將其改變?yōu)樾??世界網(wǎng)絡。假設(shè)規(guī)則網(wǎng)絡中有Ｎ各節(jié)點，并且網(wǎng)絡中每個節(jié)點與ｋ?（偶數(shù)）個相鄰節(jié)點相??連，通過改變節(jié)點之間的連接關(guān)系就可以很容易的得到小世界網(wǎng)絡。如圖２－１所示。圖??中規(guī)則網(wǎng)絡含有２０個節(jié)點，使網(wǎng)絡中每個節(jié)點與相鄰的４個節(jié)點互相連接。??規(guī)則網(wǎng)絡?小世界網(wǎng)絡?隨機網(wǎng)絡??ｗＰ??圖２－１小世界網(wǎng)絡模型??通過將網(wǎng)絡以概率Ｐ斷開并進行重連，重新連接時連接點隨機選擇但不可重復連??－１３－??

點集中割點的個數(shù)向越大，則網(wǎng)絡出現(xiàn)故障的可能性越高，并且在剩余網(wǎng)絡中??⑴（Ｗ－Ｓ）越大，ｒＷ－Ｓ１）三越小。當網(wǎng)絡中割點數(shù)相同時，即叫不變，剩余網(wǎng)絡連通分??支數(shù)越大，則連通分數(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?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?／ｓ＊?／?ｉｓ?ｉｎｖａｒｉａｎｔ?ｗ（ｉＶ?－?５）個?ｔ（Ｎ?—?Ｓ）｜?Ｉ??圖３－１?５１，似丨＃－＊？），ｒ（７Ｖ－５＊）二者之間關(guān)系??３．５實驗及結(jié)果分析??為驗證本文中初性度作為無線傳感器網(wǎng)絡可生存性測度的有效性，本文采用基于??ＣＣ２４３０芯片的無線傳感器網(wǎng)絡模塊搭建基本網(wǎng)絡

＠?＠??圖３－２基本網(wǎng)絡連拓撲結(jié)構(gòu)??本實驗硬件平臺如圖３－３所示。硬件實驗平臺主要基于ＣＣ２４３０芯片，該芯片的高??集成度很適合本文實驗平臺的搭建。它結(jié)合一個高性能２．４ＧＨｚ?ＤＳＳＳ射頻收發(fā)器核心??和一顆工業(yè)級８０５１控制器。在單個芯片上整合了?ＺｉｇＢｅｅ射頻（ＲＦ）前端、內(nèi)存和微控制??器。??圖３－３實驗測試平臺??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】

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本文編號：2887921