基于圖相關(guān)理論的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)若干拓?fù)鋯栴}研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種能夠從數(shù)據(jù)角度幫助人們感知物理世界的技術(shù)，近年來發(fā)展迅速，在軍事、工業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療健康等領(lǐng)域以及人們的日常生活中正扮演著越來越重要的角色。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)中的一種核心技術(shù)，它在物聯(lián)網(wǎng)中與移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算等其它相關(guān)技術(shù)的配合使用而產(chǎn)生的協(xié)同效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了這些技術(shù)本身的價值。
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由傳感器節(jié)點組成，這些節(jié)點的能量和性能都相對有限。與有線網(wǎng)絡(luò)和一般的無線網(wǎng)絡(luò)

2、不同，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中不存在有線連接與復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸依靠節(jié)點之間構(gòu)成的無線鏈路。這些無線鏈路共同構(gòu)成了無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌湫纬?、管理與維護(hù)都需要依靠傳感器節(jié)點彼此之間的協(xié)同，無法通過復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備實現(xiàn)?？梢姡O(shè)計和實現(xiàn)科學(xué)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、高效的拓?fù)涔芾砼c維護(hù)方法，從而減小節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)建與維護(hù)中的開銷，對于沒有復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來講十分重要。因此，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟恢笔菬o線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)研究中的重要問題。由

3、于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有拓?fù)湫纬傻淖越M織特點、網(wǎng)絡(luò)運行過程中拓?fù)涞膭討B(tài)變化特點、節(jié)點性能與能量有限等約束的特點，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋯栴}是一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用背景下多學(xué)科高度交叉的系統(tǒng)科學(xué)的問題，相關(guān)的研究中涉及圖的相關(guān)理論、運籌與最優(yōu)化理論、模糊控制理論等。
　　本文用圖的相關(guān)理論，研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)涔芾韱栴}。本研究在不影響網(wǎng)絡(luò)相關(guān)通信性能的前提下，以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能耗和延長網(wǎng)絡(luò)壽命為目標(biāo)，提出了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ?、研究了不同類型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

4、的特性、并基于這些模型與特性提出了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墓芾砼c控制算法。相關(guān)分析與仿真模擬工作證明，本文提出的拓?fù)涔芾硭惴ㄟm用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，具備降低網(wǎng)絡(luò)能耗的效果，有利于延長網(wǎng)絡(luò)壽命。研究成果中的模型可以為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞脑O(shè)計與管理策略提供理論支撐，相關(guān)算法可以為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計提供技術(shù)基礎(chǔ)?；谏鲜龉ぷ鲀?nèi)容，本文的創(chuàng)新點有:
　　(1)從圖論的視角，系統(tǒng)地、明確地提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的超圖模型、類簇樹模型，給出了使用無線傳感

5、器網(wǎng)絡(luò)超圖模型建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一般算法，為設(shè)計具體的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾硭惴ㄌ峁┝死碚摶A(chǔ)與模型。從圖論的角度分析了不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞牡母采w性、可靠性以及能耗等問題，并給出了相關(guān)結(jié)論。在分析過程中，提出了節(jié)點失效覆蓋代價的概念，用于評價節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的重要程度，建立了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的可靠性與覆蓋性之間的映射關(guān)系。
　　(2)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的超圖模型和圖論中的分層思想，提出了新的適用于節(jié)點靜止的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇、自

6、動組網(wǎng)算法——H-CEA算法與M-CEA算法，實現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臉?gòu)建和基于該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)傳輸。其中H-CEA算法基于分層思想，在分層建立節(jié)點的超邊的同時，通過連接超邊或中介節(jié)點實現(xiàn)層級之間的拓?fù)溥B通。M-CEA算法則主要將H-CEA算法在簇首分布的均勻性方面進(jìn)行了改進(jìn);
　　(3)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的類簇樹拓?fù)淠Ｐ秃蛨D論中的分層思想，提出了新的適用于具有移動節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾聿呗耘c算法——INTRA-H算法與I