無線傳感器網(wǎng)絡高效分簇及演化模型研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是21世紀的十大新興產(chǎn)業(yè)之一,是物聯(lián)網(wǎng)的底層感知關鍵技術。隨著信息技術的飛速發(fā)展和 CMOS技術的改進,無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Networks,WSNs)朝著節(jié)點小型化、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)化應用和推廣日益深入,其規(guī)模和廣度不斷擴大,與之出現(xiàn)的是能量消耗過度、節(jié)點間剩余能量懸殊和網(wǎng)絡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,利用復雜網(wǎng)絡的相關理論研究WSN的拓撲結構和生長演化機理,優(yōu)化WSN的路由等關鍵技術,進而解決大規(guī)模WSN中新出現(xiàn)的問題,正日益受到研究人員的重視,成為計算機科學與復雜網(wǎng)絡交叉領域的研究熱點之一。
　　本文將基于復雜網(wǎng)絡的相關理論,研究無線傳感器網(wǎng)絡的高效分簇及演化模型,嘗試解決和改善WSN節(jié)點中的能量效率、魯棒性和抗毀性等部分問題。本文主要研究內容如下:
　　(1)提出了一種面向橋梁結構健康監(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,結合橋梁結構健康監(jiān)測(Structural Health Monitoring,SHM)的特點,提出了節(jié)點最大剩余能量和距基站最小距離的MESD協(xié)議。實驗結果表明,該算法通過選擇簇頭節(jié)點的位置能夠保護能量最小節(jié)點,并均衡剩余節(jié)點的能量消耗,對比LEACH協(xié)議延長了約17％的生命周期。
　　(2)提出了一種WSNs點權演化模型
　　異構傳感

4、網(wǎng)通常包括普通節(jié)點和簇頭節(jié)點兩類節(jié)點,普通節(jié)點與簇頭節(jié)點進行連接和通信,簇頭節(jié)點之間可以相互連接,為提高大規(guī)模 WSNs的異構傳感器節(jié)點間的協(xié)同效率和能量利用率,結合BA模型和Li-Chen模型,本文提出了一種點權演化模型,通過改進簇內異構節(jié)點之間的比率,限制簇頭節(jié)點度無限制增加,達到了優(yōu)化WSNs拓撲結構,提高節(jié)點能量利用率的目的。
　　(3)提出了兩種WSNs邊權演化模型
　　傳感器節(jié)點之間的邊的權重大小與網(wǎng)絡中節(jié)點間的

5、通信流量之間的通常成正比關系,因此本文將邊權和WSN中節(jié)點的能耗結合,提出了兩種WSN邊權演化模型。第一種模型在BBV模型中添加加權增長的約束機制,從而形成度受限WSN演化模型。它可以在WSN中產(chǎn)生無標度特性,并減少信息冗余和信號串擾,從而提高了網(wǎng)絡的能量效率和抗毀性能。第二種模型是WSN有向邊權加權網(wǎng)絡演化模型。該模型是針對不同規(guī)模的新增節(jié)點加入網(wǎng)絡,并且節(jié)點間通信量不相等的特點而建立的一種有向邊權的網(wǎng)絡演化模型。仿真實驗表明這兩種邊