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复杂网络理论在WSN中的应用研究

作　者: 孙明子
导　师: 李鹏
学　校: 大连工业大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 无线传感器网络小世界演化模型路由策略
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 21次
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内容摘要

无线传感器网络作为一种信息获取技术，成为当今信息领域的研究热点之一。在无线传感器网络中，数据传输过程频繁进行，因此，提高数据传输的效率和降低节点间的分离度，对提高网络性能至关重要。另一方面，复杂网络揭示了自然和人工网络中普遍存在的重要特征，如小世界特性、无标度特性等，合理利用这些普遍特性对于提高信息传播效率具有重要意义。本文将复杂网络的基本理论和结论用于分析无线传感器网络拓扑结构的形成和路由策略的改进中，对复杂网络理论在无线传感器网络中的应用进行了研究。研究内容主要包括以下几个方面：第一，对无线传感器网络连通性的研究。在节点随机分布的情况下，当网络节点密度一定时，分别考虑了网络中无孤立节点和网络k连通的条件。分析结果表明了当节点密度一定时，网络连通性与节点的通信半径有关。第二，对无线传感器网络的拓扑特性进行了定性分析。首先，在构建的节点间连接关系受限于节点间的距离的网络初始结构中，通过随机重连任一节点的连接关系说明在无线传感器网络中存在小世界现象。其次，考虑网络的动态变化及节点的优先连接倾向，通过将网络的动态变化抽象为网络中节点增加、连接增加和连接重连的动态演化过程，建立无线传感器网络的小世界演化模型,并对该演化模型进行理论分析和仿真验证。仿真结果表明，经过该小世界演化模型而形成的无线传感器网络具有明显的幂率度分布特性，同时，网络的平均路径长度较低，具有小世界的特性。第三，对无线传感器网络路由策略的研究。受无线传感器网络中存在小世界现象的启发，本文提出基于小世界的无线传感器网络路由策略。在该路由策略中，网络中的节点除了维护其邻居节点的信息外，还需要维护少许捷径节点的信息。本文分别针对邻居的建立与维护、捷径节点的选择与维护对该路由策略进行了详细阐述，并通过仿真实验分析了邻居半径、最大捷径距离、捷径节点数量和搜索深度对节点可达性和网络开销的影响。仿真结果表明，捷径节点扩展了节点的视角，有效降低了节点间的分离度，从而大大降低数据传输的次数，节省了网络开销。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-17
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 无线传感器网络  10-12
    1.2.1 无线传感器网络的发展  10-12
    1.2.2 无线传感器网络的特点  12
  1.3 复杂网络理论在 WSN 中的应用研究现状  12-15
    1.3.1 无线传感器网络的研究现状  12-14
    1.3.2 复杂网络的概念在 WSN 中的应用  14-15
  1.4 论文的结构和主要研究内容  15-17
第二章复杂网络理论概述  17-26
  2.1 复杂网络理论  17-24
    2.1.1 复杂网络理论的发展历程  17-18
    2.1.2 复杂网络的几何特征度量  18-19
    2.1.3 复杂网络演化模型  19-24
  2.2 网络连通性  24-25
  2.3 本章小结  25-26
第三章无线传感器网络的拓扑特性  26-35
  3.1 WSN 的小世界现象  26-28
  3.2 WSN 的小世界演化模型  28-34
    3.2.1 WSN 演化模型建立  29-30
    3.2.2 WSN 节点度分布理论分析  30-32
    3.2.3 WSN 演化模型验证  32-34
  3.3 本章小结  34-35
第四章基于小世界的 WSN 路由策略  35-51
  4.1 应用环境描述  35-36
  4.2 基于小世界的 WSN 路由策略  36-50
    4.2.1 相关定义  37
    4.2.2 邻居创建与维护  37-38
    4.2.3 捷径节点的选择  38-43
    4.2.4 捷径节点的维护  43-44
    4.2.5 查询机制  44
    4.2.6 仿真与分析  44-50
  4.3 本章小结  50-51
第五章总结  51-52
参考文献  52-55
致谢  55

复杂网络理论在WSN中的应用研究

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