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面向节能与可靠传输的无线传感器网络拓扑优化算法研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-20 12:03:08
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面向节能与可靠传输的无线传感器网络拓扑优化算法研究【摘要】:无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一种新型网络,它综合了多种先进技术,主要用途为

【摘要】:无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一种新型网络,它综合了多种先进技术,主要用途为监测。由于WSN具有成本低、覆盖范围广等优势,得到了越来越多的关注与应用。然而WSN本身具有的一些特性,如传感器节点能量有限且不可补充、以数据为中心等,这些特性要求无线传感器网络要尽可能地确保能量的有效使用与数据的可靠传输。拓扑结构作为底层协议,对WSN起着支撑作用,一个良好的拓扑控制算法,可以为网络节约大量能量,也能确保数据的可靠传输,对无线传感器网络的发展具有十分重要的意义。因此本课题针对面向节能与可靠传输的WSN拓扑优化问题展开了深入研究,研究内容为:(1)对无线传感器网络拓扑控制的相关知识进行归纳总结,分析了传统的拓扑控制模型,找出现有拓扑控制模型及拓扑控制算法中存在的问题,寻求解决思路,为本课题设计节能与可靠传输的拓扑优化模型以及算法奠定了基础。(2)分析链路上存在障碍物时对无线传感器网络能耗与数据传输的影响,建立了路径障碍移除模型,其后结合节点能耗模型设计了分布式的WSN拓扑控制算法EAPOR。理论证明该算法所构建的拓扑结构具有双向性与连通性,算法的信息复杂度仅为O(n)。仿真实验验证了理论分析,并说明了EAPOR能提高网络鲁棒性与稀疏性、降低网络端对端延迟、延长网络生命期。(3)为了在实现网络节能与可靠传输的基础上尽可能地对网络其他性能也进行优化,首先分析了节点功率对网络连通性、鲁棒性与稀疏性、网络干扰的影响,通过博弈论的相关知识将表征网络各项性能的指标融入收益函数,建立了多性能协同优化的拓扑控制博弈模型MPOGM,理论证明该模型能收敛到纳什均衡。其后基于该模型建立了可自维护的多性能协同优化拓扑控制博弈算法MPCOSM,理论分析证明了该算法能收敛到帕累托纳什均衡状态,其信息复杂度仅为O(n)。仿真实验表明MPCOSM所构建的拓扑结构具有小且均衡的能耗、较小的干扰与较好的链路质量。 【关键词】:无线传感器网络 拓扑控制 路径障碍 剩余能量 链路质量 博弈论
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP212.9;TN929.5
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-10
  • 第1章 绪论10-18
  • 1.1 无线传感器网络概述10-12
  • 1.2 课题研究背景及意义12-13
  • 1.3 课题研究现状分析13-16
  • 1.4 主要内容及结构安排16-18
  • 第2章 面向应用环境的WSN节能优化拓扑控制模型研究18-30
  • 2.1 引言18
  • 2.2 WSN系统模型研究18-24
  • 2.2.1 基于链路感知的拓扑控制模型19-20
  • 2.2.2 基于邻近图结构的拓扑控制模型20-22
  • 2.2.3 基于能量特性的拓扑控制模型22-24
  • 2.3 面向应用环境的WSN节能优化拓扑控制模型研究24-29
  • 2.3.1 面向应用环境的路径障碍移除模型建立24-27
  • 2.3.2 基于路径障碍移除模型的WSN节能优化拓扑控制模型建立27-29
  • 2.4 本章小结29-30
  • 第3章 基于路径障碍移除模型的WSN节能优化拓扑控制算法研究30-43
  • 3.1 引言30
  • 3.2 链路删选方法研究30-31
  • 3.3 基于路径障碍移除模型的WSN节能优化拓扑控制算法研究31-36
  • 3.3.1 算法设计31-33
  • 3.3.2 算法说明33-34
  • 3.3.3 算法理论分析34-36
  • 3.4 仿真实验与性能评价36-41
  • 3.4.1 权重因子仿真实验及分析36-38
  • 3.4.2 拓扑结构仿真实验及分析38-39
  • 3.4.3 网络特性仿真实验及分析39-41
  • 3.5 本章小结41-43
  • 第4章 多性能协同优化的WSN拓扑控制博弈模型研究43-51
  • 4.1 引言43
  • 4.2 链路通信质量评价指标研究43-44
  • 4.3 多性能协同优化的WSN拓扑控制博弈模型研究44-49
  • 4.3.1 博弈基础知识研究45-46
  • 4.3.2 多性能协同优化的WSN拓扑控制博弈模型建立46-49
  • 4.4 模型特性分析49-50
  • 4.5 本章小结50-51
  • 第5章 多性能协同优化的WSN拓扑控制博弈算法研究51-69
  • 5.1 引言51
  • 5.2 多性能协同优化的WSN拓扑控制博弈算法研究51-59
  • 5.2.1 算法设计51-55
  • 5.2.2 算法理论分析55-59
  • 5.3 实验仿真及性能分析59-68
  • 5.3.1 参数仿真实验及分析59-61
  • 5.3.2 拓扑结构仿真实验及分析61-62
  • 5.3.3 网络特性仿真实验及分析62-68
  • 5.4 本章小结68-69
  • 结论69-71
  • 参考文献71-76
  • 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果76-77
  • 致谢77-78
  • 作者简介78


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