發(fā)布時間：2017-03-26 23:14

  本文關(guān)鍵詞：面向Qos保障的復(fù)雜異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)下的拓撲控制研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：復(fù)雜異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Heterogeneous Wireless Sensor Networks,HWSNs)是由不同類型的傳感器節(jié)點組成的自組織網(wǎng)絡(luò)。HWSNs不僅滿足了陸地上的應(yīng)用需求,在水下環(huán)境中也得到了充分的利用。由于節(jié)點受自身能量的限制,能耗一直是HWSNs中一個不可忽視問題。再加上節(jié)點部署環(huán)境的復(fù)雜性,節(jié)點容易受到外界環(huán)境的干擾或人類的蓄意破壞而導(dǎo)致失效。因此,在解決能耗和節(jié)點失效問題的基礎(chǔ)上保障網(wǎng)絡(luò)的Qos成為HWSNs的一個關(guān)鍵問題。而拓撲控制作為一種保證HWSNs能夠?qū)崿F(xiàn)高效節(jié)能的關(guān)鍵技術(shù),它不僅能夠構(gòu)建優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),并且?guī)в芯S護階段的拓撲控制還能夠使得HWSNs具有一定的容錯性。本文針對HWSNs的能耗和節(jié)點失效問題,進行了相關(guān)的研究,并提出了對應(yīng)的理論模型和解決方案。主要工作如下:1.針對網(wǎng)絡(luò)中能耗不均勻、簇頭節(jié)點負載不均衡以及因能量耗盡而導(dǎo)致節(jié)點失效等問題,提出了基于容錯的異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓撲控制算法。該算法在拓撲構(gòu)建階段,通過幾何方法選擇簇頭,待所有非簇頭節(jié)點通過比較與簇頭之間引力大小加入簇后,再利用最小費用最大流的方法對每個簇的簇成員數(shù)進行調(diào)整,均衡每個簇的負載;拓撲維護階段對能量低于某輪通信閾值的簇頭節(jié)點進行局部通信的調(diào)整,對調(diào)整后的網(wǎng)絡(luò)進行廣度優(yōu)先搜索樹遍歷尋找孤立節(jié)點或環(huán)路通信。若存在孤立節(jié)點則孤立節(jié)點采用最短路徑與非孤立節(jié)點通信,若存在環(huán)路則遍歷去掉環(huán)路的路徑。這樣經(jīng)過拓撲維護后使得能量能夠均衡的消耗,期望節(jié)點在同一時刻死亡,以延長網(wǎng)絡(luò)壽命。2.針對網(wǎng)絡(luò)能耗、通信鏈路損耗和節(jié)點任意失效等問題,提出了基于功率和能量優(yōu)化的勢博弈拓撲控制算法。該算法首先理論分析了節(jié)點功率調(diào)節(jié)形成的博弈過程中納什均衡的存在性和有效性,其次以網(wǎng)絡(luò)中的成本代價作為簇頭選舉參數(shù)的參考,然后結(jié)合能量、節(jié)點之間的跳數(shù)和距離等參數(shù)來指導(dǎo)非簇頭節(jié)點加入簇。最后當網(wǎng)絡(luò)運行過程中有節(jié)點失效時,啟動拓撲維護階段調(diào)整各個節(jié)點的發(fā)射功率,維持網(wǎng)絡(luò)的正常運行。3.研究了水下無線傳感器節(jié)點的能耗模型和水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Underwater Wireless Sensor Networks,UWSNs)的路由協(xié)議,根據(jù)UWSNs中節(jié)點部署稀疏、多徑效應(yīng)和節(jié)點能耗快等網(wǎng)絡(luò)特性,提出了基于能耗均衡的UWSNs拓撲控制算法。通過建立多人博弈模型選出網(wǎng)絡(luò)中簇頭,然后以節(jié)點的成本代價實現(xiàn)中繼節(jié)點的選擇,以實現(xiàn)能量的均衡消耗和網(wǎng)絡(luò)能量利用效率的提高,最終達到延長網(wǎng)絡(luò)生命周期的目的。最后,將上述的算法通過仿真平臺的驗證,實驗結(jié)果證明了各部分算法的有效性,并且在保障網(wǎng)絡(luò)Qos的情況下,能夠?qū)崿F(xiàn)延長網(wǎng)絡(luò)生命周期的目標。與同類算法相比,在能量均衡、能量利用率和網(wǎng)絡(luò)生命周期方面也具有一定的優(yōu)勢。
【關(guān)鍵詞】：異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò) Qos 拓撲構(gòu)建 拓撲維護 分簇算法 能量均衡 勢博弈
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 背景及研究意義10-13
• 1.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)10-11
• 1.1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中拓撲控制11-12
• 1.1.3 基于博弈模型的優(yōu)化12-13
• 1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中拓撲控制算法國內(nèi)外現(xiàn)狀13-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容與組織結(jié)構(gòu)16-19
• 第二章 基于容錯的拓撲控制算法19-35
• 2.1 系統(tǒng)模型19-21
• 2.1.1 網(wǎng)絡(luò)模型19-20
• 2.1.2 能耗模型20
• 2.1.3 參數(shù)定義20-21
• 2.2 TCFT-拓撲控制算法21-28
• 2.2.1 拓撲構(gòu)建21-26
• 2.2.2 拓撲維護26-28
• 2.3 仿真實驗28-33
• 2.3.1 仿真實驗參數(shù)設(shè)置28-29
• 2.3.2 算法中重要參數(shù)的分析29-31
• 2.3.4 仿真結(jié)果與性能分析31-33
• 2.4 本章小結(jié)33-35
• 第三章 基于功率和能量優(yōu)化的勢博弈拓撲控制算法35-51
• 3.1 系統(tǒng)模型35-40
• 3.1.1 定義和網(wǎng)絡(luò)假設(shè)35-36
• 3.1.2 網(wǎng)絡(luò)能耗模型36-37
• 3.1.3 博弈模型37-40
• 3.2 勢博弈下的拓撲控制算法40-45
• 3.2.1 選擇簇頭40-41
• 3.2.2 構(gòu)建簇內(nèi)和簇間路由41-42
• 3.2.3 拓撲維護42-45
• 3.3 仿真結(jié)果45-50
• 3.3.1 簇間距參數(shù)分析46-47
• 3.3.2 仿真實驗與性能分析47-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 第四章 基于能耗均衡的UWSNs拓撲控制算法51-66
• 4.1 系統(tǒng)模型51-54
• 4.1.1 網(wǎng)絡(luò)模型51-52
• 4.1.2 能耗模型52-54
• 4.2 節(jié)能的拓撲控制算法54-59
• 4.2.1 基于非合作博弈的簇頭選舉策略54-55
• 4.2.2 拓撲構(gòu)建55-59
• 4.3 仿真實驗59-65
• 4.3.1 實驗參數(shù)設(shè)置59
• 4.3.2 仿真實驗結(jié)果與性能分析59-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第五章 總結(jié)與展望66-68
• 5.1 總結(jié)66-67
• 5.2 展望67-68
• 參考文獻68-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果75-76
• 致謝76

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