無線傳感器網(wǎng)絡能耗均衡拓撲控制研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡中節(jié)點間的能耗不均現(xiàn)象易造成全局網(wǎng)絡癱瘓，成為資源有限網(wǎng)絡的規(guī)模化應用瓶頸。節(jié)點度、節(jié)點與基站的距離和節(jié)點負載的分布不均是造成節(jié)點間能耗不均和網(wǎng)絡級聯(lián)失效的主要原因。本文基于無標度網(wǎng)絡，從建立節(jié)點能耗與度分布的關系模型入手，突破從節(jié)點度、加權(quán)和級聯(lián)失效三個方面構(gòu)建能耗均衡網(wǎng)絡的難題，揭示拓撲的度分布、點權(quán)分布以及能量與負載的關系對網(wǎng)絡能耗均衡的影響規(guī)律。同時還研究拓撲構(gòu)建后關鍵節(jié)點的判定問題，并通過對關鍵節(jié)點的緩解進一步提

2、升網(wǎng)絡的能耗均衡。具體研究工作如下：
　　針對無標度結(jié)構(gòu)中節(jié)點與基站的距離和度分布不均引發(fā)的能耗不均問題，設計圓環(huán)劃分策略，通過均衡圓環(huán)塊之間的能耗來緩解由距離引發(fā)的能耗不均。以環(huán)塊為單位建立能耗模型，將平均最短路徑為橋梁，構(gòu)建環(huán)塊能耗與度分布的關系模型，并以節(jié)點能量和距離來控制網(wǎng)絡的增長方式，研究網(wǎng)絡度分布對能耗均衡的影響規(guī)律，推導出滿足網(wǎng)絡容錯需求和維持長期穩(wěn)定運行的能耗均衡度分布。
　　在能耗均衡拓撲度分布的基礎上，研

3、究節(jié)點度、節(jié)點權(quán)重和介數(shù)對節(jié)點負載的影響，建立節(jié)點初始負載和容量模型。在節(jié)點失效后，研究網(wǎng)絡的負載重分配規(guī)則，并尋找由節(jié)點失效引發(fā)級聯(lián)失效的條件，探究抵抗 WSNs拓撲級聯(lián)失效的節(jié)點容量參數(shù)與度分布冪率指數(shù)和負載參數(shù)之間的變化規(guī)律，獲取網(wǎng)絡抗級聯(lián)失效和達到最強魯棒性的負載參數(shù)范圍，為構(gòu)建抗級聯(lián)失效的WSNs能耗均衡拓撲提供基礎。
　　依據(jù)抗級聯(lián)失效的參數(shù)范圍，研究節(jié)點能耗與節(jié)點負載的變化關系，引入加權(quán)和鏈路權(quán)值擇優(yōu)連接的拓撲演化機

4、制，利用平均場理論探尋能量參數(shù)與其演化拓撲權(quán)值分布及度分布的耦合關系，提出一種權(quán)值分布及度分布滿足冪率特性的能量異構(gòu)WSNs能耗均衡加權(quán)拓撲控制算法EH-BBV。通過控制EH-BBV算法能量參數(shù)，演化出滿足抗級聯(lián)失效和能耗均衡需求的WSNs拓撲。
　　以 EH-BBV算法生成的拓撲為基礎，分別建立 Katz、W-MDD和 W-PageRank多屬性決策函數(shù)。采用TOPSIS方法將多屬性決策函數(shù)演化為多屬性加權(quán)決策矩陣，利用信息熵分