無線傳感器網(wǎng)絡自組織演化模型及其關鍵技術(shù)研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡作為新興的信息獲取技術(shù)，融合了嵌入式計算、無線通信、微機電、傳感器等多學科技術(shù)，是目前信息科學領域的研究熱點之一。研究大規(guī)模的密集部署的無線傳感器網(wǎng)絡的演化機制以及構(gòu)建相應的自組織演化模型，可以真實再現(xiàn)其拓撲特征，有利于網(wǎng)絡整體性能的分析和評估以及網(wǎng)絡協(xié)議的設計。目前，無線傳感器網(wǎng)絡的自組織演化模型還處于探索階段，發(fā)展還不成熟。研究人員一方面研究更加真實的演化模型，另一方面研究某種模型的實際應用和工作效率。
　　

2、在分析復雜網(wǎng)絡理論的原理和概念的基礎上，根據(jù)真實的網(wǎng)絡演化行為，形成新的無線傳感器網(wǎng)絡自組織演化模型，以期進一步深化無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲建模和路由等關鍵技術(shù)的研究。本文的主要研究工作如下：
　　 (1）研究了無線傳感器網(wǎng)絡的小世界演化模型，提出了基于小世界理論的無線傳感器網(wǎng)絡廣播算法和選播路由算法研究了無線傳感器網(wǎng)絡中的AH-WS小世界演化模型以及Two-Radius小世界演化模型，借助于小世界網(wǎng)絡高集聚系數(shù)和低平均路徑長度的特

3、征，將Two-Radius小世界演化概念分別引入到無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)廣播和匯聚選播路由算法當中，同時利用了蟻群算法的啟發(fā)式搜索，分別提出了一種基于小世界演化模型的無線傳感器網(wǎng)絡的單Sink節(jié)點數(shù)據(jù)廣播算法（SWPBA）和一種小世界演化模型的無線傳感器網(wǎng)絡的多Sink節(jié)點選播路由算法（SWPAR），并分別給出了兩種算法的實現(xiàn)。SWPBA算法同已有的廣播算法相比，在單次廣播能耗、單次廣播等待時間和網(wǎng)絡生存時間三種性能指標均有一定程度的提高

4、。而SWPAR算法同已有的選播算法相比，可以有效解決目前選播當中所存在的能量空洞、最熱路徑以及Sink節(jié)點瓶頸問題。
　　 (2）提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點隨機部署演化模型如何對無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點進行有效的部署是其應用必須要解決的問題之一。在連續(xù)介質(zhì)演化模型以及組合演化模型的基礎上，提出了一種節(jié)點的度分布服從冪律指數(shù)的節(jié)點隨機部署演化模型，并且對該模型利用連續(xù)介質(zhì)理論進行解析得到度分布指數(shù)在2到3之間；同時設計了無線傳感器網(wǎng)

5、絡拓撲生成器對該模型進行了仿真驗證。
　　 (3）提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡局域世界演化模型在經(jīng)典L-C局域世界演化模型與S-R演化模型的基礎上提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡局域世界演化模型。該演化模型考慮了無線傳感器網(wǎng)絡中的四種演化行為：節(jié)點的增加，節(jié)點的失效，節(jié)點之間發(fā)起新的連接以及鏈路失效，同時將四種演化行為擴展到模型的動力學過程中，使用連續(xù)介質(zhì)理論分析了節(jié)點的度分布特征，得出了該模型的度服從指數(shù)的冪律分布；并通過仿真驗證了該模型

6、的有效性以及該模型對于節(jié)點的隨機故障以及失效具有較高魯棒性。
　　 (4）提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡分簇演化模型分簇現(xiàn)象在大規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡廣為存在。已有的分簇模型均假設節(jié)點到達時間服從均勻分布以及沒有考慮節(jié)點的失效機制。基于Poisson增長模型，提出了一種無線傳感器網(wǎng)絡分簇演化模型，該演化模型考慮了四種分簇過程的動力學行為：簇首的建立，普通節(jié)點與簇首的優(yōu)先鏈接，普通節(jié)點的失效以及普通節(jié)點的遷移四種情況，通過理論解析得到了簇容量