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无线传感网络的移动与拓扑控制
作 者: 吕宗庭
导 师: 高新波
学 校: 西安电子科技大学
专 业: 信号与信息处理
关键词: 拓扑控制 无线传感网络 移动控制 复杂网络理论 0-1规划
分类号: TP212.9
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
无线传感网络中,节点的性能和节点的数量都影响着网络性能。近年来,随着移动节点的引入,以及节点功能的增强和节点数量的迅猛增长,对无线传感网络的性能如能量消耗、生存时间、最大容量和连通性等提出了新的要求。在这种情况下,如果继续沿用传统的移动部署和拓扑控制算法,会导致明显的性能劣化。因此,有必要在传统算法的基础上,针对新的网络环境和节点性能的变化进行相应的改进,以达到更好的网络性能。考虑到传感器的移动部署及路径规划问题多采用混合整数规划来解决,这样很难求得全局最优解。本文提出了采用0-1规划的方案通过分支截断法求得全局最优解。考虑到在无线传感网络运行的过程中,随着任务或是节点状态的改变,可能要求网络节点通过移动进行调整以适应新的情况。那么,这不但要求调整之后传感节点要形成最优布局,还要求在布局调整的过程中不间断服务亦能提供尽可能好的服务。本文根据上面的0-1规划方案进行升维,并加入了一些必要的显式约束形成了动态部署优化算法。考虑到大规模无线传感网络中拥有大量的工作在各种状态的节点,网络半径也随之变大,这就使得在交换数据的时候可能会存在非常严重的网络同步问题,以及某些处于中间的节点将会消耗大量的能量来中继其他人的数据包。于是提出了采用复杂网络理论中的一般时间耦合网络来处理拓扑控制问题。对无线传感网络的同步关系构建动力方程,从而计算得到每个节点控制拓扑的方案,此方案尽量使得节点的剩余能量更加均衡,从而使得整个网络寿命得到延长。
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全文目录
摘要 3-4 ABSTRACT 4-8 第—章 绪论 8-12 1.1 研究背景及意义 8 1.2 无线传感网络移动性研究 8-10 1.3 论文研究的内容和章节安排 10-12 第二章 无线传感网络节点移动模型 12-18 2.1 引言 12 2.2 移动模型概述 12-13 2.3 随机移动模型 13-16 2.3.1 随机游走模型 13-14 2.3.2 随机航点模型 14-15 2.3.3 随机方向模型 15-16 2.4 本章小结 16-18 第三章 无线传感网络移动部署算法 18-38 3.1 引言 18 3.2 假设和模型 18-21 3.3 经典移动部署算法 21-26 3.3.1 Voronoi图方法 21-22 3.3.2 虚拟力法 22-23 3.3.3 网格划分法 23-24 3.3.4 基于最小重叠覆盖和均匀性的移动部署算法 24-26 3.4 最优路径的0-1规划算法 26-29 3.4.1 静态部署优化 26-28 3.4.2 静态部署的最短路径 28-29 3.5 动态部署优化 29-30 3.6 实验与结果分析 30-35 3.6.1 实验1 31-33 3.6.2 实验2 33 3.6.3 结果分析 33-35 3.7 本章小结 35-38 第四章 无线传感网络拓扑控制 38-54 4.1 引言 38-39 4.2 问题和假设 39-40 4.3 经典拓扑控制算法 40-43 4.3.1 基于非合作博弈模型 41-42 4.3.2 基于合作博弈模型 42-43 4.4 基本模型 43-47 4.4.1 能量消耗模型 43-44 4.4.2 控制变量 44-45 4.4.3 静态拓扑控制模型 45-46 4.4.4 动态拓扑控制模型 46-47 4.5 性能分析 47-50 4.5.1 网络同步 47-48 4.5.2 稳定性 48-49 4.5.3 可实现性 49-50 4.6 仿真结果 50-52 4.6.1 收敛性 50 4.6.2 网络生存时间 50-52 4.6.3 平均传输能量 52 4.7 本章小结 52-54 第五章 总结与展望 54-56 5.1 总结 54 5.2 展望 54-56 致谢 56-58 参考文献 58-64
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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器(变换器)、传感器 > 传感器的应用
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