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基于最优刚性图的无线传感器网络拓扑优化算法研究

作　者: 闫彦霖
导　师: 罗小元
学　校: 燕山大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 无线传感器网络拓扑优化最优刚性图能量均衡链路权值函数
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着传感技术、通信技术的发展，无线传感器网络在许多领域获得了广泛的应用，其广泛的应用价值使其成为一个研究热点。对于能量受限的无线传感器网络来说，拓扑优化算法不仅可以降低能耗、延长网络生命期，还能够提高MAC协议和路由协议效率。因此，本文在分析现有拓扑优化算法的不足的基础上，基于最优刚性图对无线传感器网络拓扑优化算法进行了研究，具体研究内容如下：(1)针对基于睡眠调度的拓扑控制优化算法构建的拓扑存在节点度过高的问题，在现存拓扑优化算法的基础上，提出了一个功率调整策略与睡眠调度策略联合控制的拓扑优化算法。引入最优刚性图对由活动节点构成的拓扑进行优化，解决平均节点度过高的问题，进而实现降低节点能耗的目的。理论分析和仿真实验结果表明，该算法构建的拓扑具有连通性与平均节点度有界性。(2)在第2章算法的基础上，进一步将功率调整策略与睡眠调度策略联合控制的拓扑优化方法推广至异构无线传感器网络，设计了适用于异构网络的拓扑优化算法。在异构网络中，节点仅依靠局部信息构建最优刚性拓扑，从而在保证连通性的前提下减小了系统的通信复杂度。仿真实验验证了该算法不仅具有节能性同时保证了信息传输的可靠性，实现节省能耗和有较好鲁棒性的兼顾。(3)针对现有无线传感器网络拓扑优化算法无法平衡各节点能量消耗的问题，基于最优刚性图提出一种具有平衡负载特性的能量有效分布式拓扑优化算法。算法引入综合反映能量消耗及剩余能量两方面因素的链路权值函数，能够根据当前节点剩余能量，实时地动态优化拓扑结构，从而有效地平衡网络节点的能量消耗。理论分析和仿真实验结果表明，该算法能够有效地平衡各节点的能量消耗，进而延长网络生命期。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 本课题的研究背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-13
    1.2.1 基于节点能耗调整的拓扑优化  10-12
    1.2.2 基于负载均衡的拓扑优化  12-13
  1.3 论文研究内容及结构安排  13-15
第2章基于功率调整策略与睡眠调度策略联合控制的拓扑优化算法  15-27
  2.1 引言  15-16
  2.2 网络模型与预备知识  16-18
    2.2.1 网络模型  16
    2.2.2 图论  16
    2.2.3 最优刚性图  16-18
  2.3 NSPC 算法描述  18-24
    2.3.1 划分单元格  18-21
    2.3.2 最优刚性图生成  21-24
  2.4 仿真实验  24-26
  2.5 本章小结  26-27
第3章基于最优刚性图的分布式拓扑优化算法  27-37
  3.1 引言  27-28
  3.2 网络模型与预备知识  28-30
    3.2.1 网络模型  28-29
    3.2.2 图论及最优刚性图  29-30
  3.3 ORGAF 算法描述  30-33
    3.3.1 划分单元格  30-31
    3.3.2 最优刚性图生成  31-33
  3.4 仿真与性能分析  33-36
  3.5 本章小结  36-37
第4章基于最优刚性图的能量有效分布式拓扑优化算法  37-52
  4.1 引言  37-38
  4.2 网络模型及基本定义  38-39
  4.3 OREE 算法  39-43
    4.3.1 信息交互  40-41
    4.3.2 链路权值计算  41
    4.3.3 拓扑构建  41-43
    4.3.4 功率调整  43
  4.4 OREE 算法分析  43-45
  4.5 仿真实验  45-51
    4.5.1 典型场景  45-49
    4.5.2 随机场景  49-51
  4.6 本章小结  51-52
结论  52-54
参考文献  54-59
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  59-60
致谢  60-61
作者简介  61

基于最优刚性图的无线传感器网络拓扑优化算法研究

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