無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂婆c優(yōu)化研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前信息技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)研究方向，可用于軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測(cè)、城市交通管理、倉(cāng)儲(chǔ)管理等軍事和民用領(lǐng)域。在影響無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的眾多因素之中，拓?fù)淇刂剖呛诵膯?wèn)題之一，因此如何優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖赃m應(yīng)性和魯棒性，并為上層通信協(xié)議提供良好的底層拓?fù)渲问峭負(fù)淇刂婆c優(yōu)化研究的重要問(wèn)題。本文對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂婆c優(yōu)化進(jìn)行了研究，所取得的主要研究成果為：
　　 1.合適的節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率是保證網(wǎng)絡(luò)連通性和覆蓋

2、度，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期的重要保證。為了尋求最優(yōu)的發(fā)射功率，在保證網(wǎng)絡(luò)通信連通的同時(shí)優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本文提出了一種基于非合作博弈的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)功率控制算法。該算法將節(jié)點(diǎn)的功率控制抽象為一個(gè)多人的非合作博弈過(guò)程，通過(guò)節(jié)點(diǎn)間的博弈進(jìn)行功率控制。算法在設(shè)計(jì)功率控制的支付函數(shù)時(shí)充分考慮了節(jié)點(diǎn)剩余能量的因素，通過(guò)選擇合適的效用因子及價(jià)格因子組合能有效地優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，降低網(wǎng)絡(luò)的總發(fā)射功率，從而節(jié)約節(jié)點(diǎn)能量。此外，本文還求出了功率控制博弈的

3、納什均衡點(diǎn)，并證明了納什均衡的存在性和唯一性。仿真結(jié)果表明了算法具有很好的收斂性，通過(guò)功率控制能有效地優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
　　 2.合理有效的分簇是節(jié)約能量，優(yōu)化無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞年P(guān)鍵。針對(duì)該問(wèn)題，本文提出了一種基于貝葉斯博弈的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇算法。算法將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的簇頭選舉抽象為一個(gè)多人的博弈過(guò)程，節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)不完全信息的靜態(tài)博弈進(jìn)行簇頭選舉。算法在貝葉斯分簇的支付函數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了節(jié)點(diǎn)能耗和

4、路徑損耗等因素，因此通過(guò)節(jié)點(diǎn)間的貝葉斯博弈能實(shí)現(xiàn)簇頭的合理分布，在優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞耐瑫r(shí)可使網(wǎng)絡(luò)能耗更加穩(wěn)定、能量分布更加均勻，有效地延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。
　　 3.部署對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)成和網(wǎng)絡(luò)布局優(yōu)化都有重要的影響，針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部署方法不能很好地適應(yīng)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)的問(wèn)題。本文提出了一種基于模糊控制的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署優(yōu)化算法。算法將模糊控制策略用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)部署中，通過(guò)對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)距離和移動(dòng)方向

5、進(jìn)行模糊控制實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的合理部署，以提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率。由于在模糊控制規(guī)則的設(shè)計(jì)中充分考慮了節(jié)點(diǎn)剩余能量、節(jié)點(diǎn)路徑損耗、節(jié)點(diǎn)鄰居數(shù)等因素，因此該算法能有效提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，使網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更加健全完善，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。
　　 4.構(gòu)建高可靠性和高抗毀性的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的新問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題，本文分別提出了兩種基于無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溲莼惴?。在基于能量有效的無(wú)標(biāo)度傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溲莼惴ㄖ?，算法首先通過(guò)分簇實(shí)現(xiàn)簇頭的合理分布，然

6、后按照無(wú)標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)行走的方式進(jìn)行簇頭間的拓?fù)溲莼?。由于在拓?fù)溲莼^(guò)程中充分考慮了節(jié)點(diǎn)剩余能量、節(jié)點(diǎn)度等因素。因此演化后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂休^好的負(fù)載均衡和能量均衡，適于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用；在具有重構(gòu)機(jī)制的無(wú)標(biāo)度傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溲莼惴ㄖ?，算法首先通過(guò)分簇實(shí)現(xiàn)簇頭的合理分布，然后根據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用中隨機(jī)加點(diǎn)、隨機(jī)去點(diǎn)、隨機(jī)去邊和重連的方式進(jìn)行簇頭間的拓?fù)溲莼Ｓ捎谠谕負(fù)溲莼瘯r(shí)引入了重構(gòu)機(jī)制，并且考慮了節(jié)點(diǎn)和鏈路變化的隨機(jī)性問(wèn)題，因

7、此演化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂泻芎玫淖杂?、重?gòu)性和可調(diào)性。仿真結(jié)果表明，利用上述兩種算法演化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓陔S機(jī)和蓄意打擊下都具有較高的魯棒性，可滿足惡劣環(huán)境對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)魯棒性的要求。
　　 5.針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中如何判斷節(jié)點(diǎn)重要性的問(wèn)題，本文提出了一種基于拓?fù)湄暙I(xiàn)和能量有效的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重要性評(píng)價(jià)方法。該方法首先綜合考慮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)能耗之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)了一種測(cè)度網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇箽院途W(wǎng)絡(luò)能耗的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)；其次在該評(píng)價(jià)指標(biāo)的基