【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包含成千上萬的傳感器節(jié)點(diǎn),這些無線傳感器節(jié)點(diǎn)可以感知、測量和收集監(jiān)測環(huán)境的數(shù)據(jù),并且能夠根據(jù)自身的資源條件來決策是否進(jìn)行傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)感測數(shù)據(jù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不同于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò),無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量、處理與計(jì)算資源有限,由于資源的限制導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)在做決策的過程中會以自身利益出發(fā)選擇自私行為,而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間缺乏合作,從而影響網(wǎng)絡(luò)通信質(zhì)量與性能。因此,如何在保證通信質(zhì)量的同時(shí)提高網(wǎng)絡(luò)能耗效率以延長網(wǎng)絡(luò)生命周期是我們研究的重點(diǎn)。本文針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)資源有限,以及節(jié)點(diǎn)為節(jié)省自身資源而選擇不合作、不轉(zhuǎn)發(fā)的自私行為這兩個(gè)方面的問題,做出以下研究內(nèi)容:(1)針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)資源有限,尤其是能量受限且不易補(bǔ)充這一問題,提出一種基于CLARANS聚類的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由算法—MPCC,以提升網(wǎng)絡(luò)的能耗效率,延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。該算法首先通過CLARANS聚類得到距離密集的K個(gè)簇,并得到各個(gè)簇的質(zhì)心節(jié)點(diǎn)的位置以及簇內(nèi)與質(zhì)心節(jié)點(diǎn)相隔最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)的位置。分簇完成以后,節(jié)點(diǎn)依據(jù)收到的匯聚節(jié)點(diǎn)廣播信息創(chuàng)建鄰居表,表內(nèi)包含節(jié)點(diǎn)所在簇內(nèi)的其他節(jié)點(diǎn)的位置信息,然后計(jì)算出節(jié)點(diǎn)到質(zhì)心節(jié)點(diǎn)的距離以及到匯聚節(jié)點(diǎn)的距離,從而確定出節(jié)點(diǎn)的簇頭衡量函數(shù)值。綜合考量節(jié)點(diǎn)剩余能量、節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的距離以及節(jié)點(diǎn)到質(zhì)心節(jié)點(diǎn)的距離這3個(gè)因素,合理選擇各個(gè)簇的簇頭節(jié)點(diǎn),從而避免了簇頭節(jié)點(diǎn)的過早死亡,而且延長了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。仿真結(jié)果表明:MPCC算法相較經(jīng)典分簇路由協(xié)議LEACH提升網(wǎng)絡(luò)壽命55.6%,相較DCHS協(xié)議提升網(wǎng)絡(luò)壽命27.3%。(2)針對節(jié)點(diǎn)因資源有限而選擇自私行為這一問題,本文將博弈論引入到節(jié)點(diǎn)行為的決斷中,通過重復(fù)博弈理論規(guī)范分層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的行為。在網(wǎng)絡(luò)中建立一個(gè)基于節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸可靠度的無限次重復(fù)博弈模型,針對分層路由中節(jié)點(diǎn)的自私行為主要發(fā)生在簇頭節(jié)點(diǎn)處,本模型對簇頭節(jié)點(diǎn)是否對簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行博弈,同時(shí)基于節(jié)點(diǎn)的自我理性偏好分析以及多跳范圍內(nèi)的連通性,確定博弈方的收益函數(shù)。針對節(jié)點(diǎn)的自私行為引入最優(yōu)懲罰程度的懲罰機(jī)制,在保證對自私節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生足夠震懾的同時(shí),又避免對自私節(jié)點(diǎn)過度懲罰而造成節(jié)點(diǎn)的提早死亡,從而提升了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸整體效益。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:對節(jié)點(diǎn)的懲罰程度是存在一個(gè)最佳值的,當(dāng)超過最佳值時(shí),網(wǎng)絡(luò)的生命周期與網(wǎng)絡(luò)效用不僅得不到提升反而會下降。采取最優(yōu)懲罰輪數(shù)的懲罰策略能夠在保證最少的減小網(wǎng)絡(luò)生命周期的前提下,最大程度的提升網(wǎng)絡(luò)的整體效益約22.82%。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP212.9;TN929.5

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本文編號：2785188