無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高效分簇及演化模型研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是21世紀(jì)的十大新興產(chǎn)業(yè)之一,是物聯(lián)網(wǎng)的底層感知關(guān)鍵技術(shù)。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和 CMOS技術(shù)的改進(jìn),無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSNs)朝著節(jié)點(diǎn)小型化、低功耗和多性能方向發(fā)展,并且能夠在多種環(huán)境下大規(guī)模部署。隨著 WSNs的工業(yè)化應(yīng)用和推廣日益深入,其規(guī)模和廣度不斷擴(kuò)大,與之出現(xiàn)的是能量消耗過度、節(jié)點(diǎn)間剩余能量懸殊和網(wǎng)絡(luò)自組織抗毀性差等一系列新的問題,傳統(tǒng)的研究方法已難以適用和解

2、決這些新的問題。近年來,利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理論研究WSN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和生長演化機(jī)理,優(yōu)化WSN的路由等關(guān)鍵技術(shù),進(jìn)而解決大規(guī)模WSN中新出現(xiàn)的問題,正日益受到研究人員的重視,成為計(jì)算機(jī)科學(xué)與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)交叉領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
　　本文將基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理論,研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的高效分簇及演化模型,嘗試解決和改善WSN節(jié)點(diǎn)中的能量效率、魯棒性和抗毀性等部分問題。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)提出了一種面向橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的傳

3、感網(wǎng)MESD協(xié)議。
　　基于經(jīng)典的LEACH算法研究小規(guī)模WSN中的能量效率問題,結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(Structural Health Monitoring,SHM)的特點(diǎn),提出了節(jié)點(diǎn)最大剩余能量和距基站最小距離的MESD協(xié)議。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法通過選擇簇頭節(jié)點(diǎn)的位置能夠保護(hù)能量最小節(jié)點(diǎn),并均衡剩余節(jié)點(diǎn)的能量消耗,對(duì)比LEACH協(xié)議延長了約17％的生命周期。
　　(2)提出了一種WSNs點(diǎn)權(quán)演化模型
　　異構(gòu)傳感

4、網(wǎng)通常包括普通節(jié)點(diǎn)和簇頭節(jié)點(diǎn)兩類節(jié)點(diǎn),普通節(jié)點(diǎn)與簇頭節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接和通信,簇頭節(jié)點(diǎn)之間可以相互連接,為提高大規(guī)模 WSNs的異構(gòu)傳感器節(jié)點(diǎn)間的協(xié)同效率和能量利用率,結(jié)合BA模型和Li-Chen模型,本文提出了一種點(diǎn)權(quán)演化模型,通過改進(jìn)簇內(nèi)異構(gòu)節(jié)點(diǎn)之間的比率,限制簇頭節(jié)點(diǎn)度無限制增加,達(dá)到了優(yōu)化WSNs拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),提高節(jié)點(diǎn)能量利用率的目的。
　　(3)提出了兩種WSNs邊權(quán)演化模型
　　傳感器節(jié)點(diǎn)之間的邊的權(quán)重大小與網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間的

5、通信流量之間的通常成正比關(guān)系,因此本文將邊權(quán)和WSN中節(jié)點(diǎn)的能耗結(jié)合,提出了兩種WSN邊權(quán)演化模型。第一種模型在BBV模型中添加加權(quán)增長的約束機(jī)制,從而形成度受限WSN演化模型。它可以在WSN中產(chǎn)生無標(biāo)度特性,并減少信息冗余和信號(hào)串?dāng)_,從而提高了網(wǎng)絡(luò)的能量效率和抗毀性能。第二種模型是WSN有向邊權(quán)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)演化模型。該模型是針對(duì)不同規(guī)模的新增節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò),并且節(jié)點(diǎn)間通信量不相等的特點(diǎn)而建立的一種有向邊權(quán)的網(wǎng)絡(luò)演化模型。仿真實(shí)驗(yàn)表明這兩種邊