無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓撲控制與優(yōu)化.pdf

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，人類社會與自然界的交互方式也隨之發(fā)生了革命性變化。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正不斷深入社會生活的方方面面，從醫(yī)療健康監(jiān)測到教育方式再到環(huán)境監(jiān)測等各個領(lǐng)域正因為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)生著改變。無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSNs)作為物聯(lián)網(wǎng)核心支撐技術(shù)，自然受到眾多研究者的關(guān)注。近年來針對WSNs的研究已經(jīng)取得了豐碩成果，同時也仍然存在問題偶待解決。
　　本文從實際應(yīng)用背景出發(fā)，通過結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和WSNs本身特性，以網(wǎng)絡(luò)拓撲控制為切入點研究和

2、分析WSNs網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。通過建立更切合實際的傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)演化模型和能耗模型，以高效算法解決大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化耗時長問題，同時通過深入分析WSNs各性能間的關(guān)系，尋求最優(yōu)綜合性能優(yōu)化方法。本文主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）提出WSNs的基于節(jié)點自適應(yīng)的拓撲控制優(yōu)化模型（CTC-AR）。
　　WSNs是一種節(jié)點能量有限型網(wǎng)絡(luò)，通過合理的能量管理策略以及節(jié)點狀態(tài)轉(zhuǎn)換策略能夠有效延長網(wǎng)絡(luò)整體生命周期。在本文，我們將以最大化網(wǎng)絡(luò)生命時長作為最

3、終優(yōu)化目標，將節(jié)點探測范圍自適應(yīng)的連通網(wǎng)絡(luò)目標覆蓋問題解析為子可行覆蓋集合的規(guī)劃問題（CTC-AR問題），其中子可行覆蓋需要保持連通性和目標全覆蓋等性能，并且每個傳感器節(jié)點可以自適應(yīng)調(diào)節(jié)自身的探測功率實現(xiàn)不同探測范圍，同時結(jié)合數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將CTC-AR問題進一步解析成最大化的覆蓋連通樹問題（MSCT）。最后通過混合整數(shù)規(guī)劃（MIP）求解獲取網(wǎng)絡(luò)最大化生命周期。
　?。?）基于MIP模型提出了連通樹啟發(fā)式高效算法（CGC-AR）。

4、
　　由于混合整數(shù)規(guī)劃問題一般通過Cplex平臺模擬求解，但是實際網(wǎng)絡(luò)部署環(huán)境中，節(jié)點規(guī)模龐大，導(dǎo)致采用Cplex計算這種高耗時方式不再適用，為此本文提出了一種基于啟發(fā)式算法的節(jié)點自適應(yīng)探測范圍的連通樹啟發(fā)式算法來近視求解MIP問題,為實際傳感網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)部署提供有效參考。
　?。?）提出了一種基于收益和成本的WSNs綜合性能優(yōu)化模型（C-POM）。
　　WSNs性能優(yōu)化是WSNs研究的核心問題之一，當(dāng)前研究主要是從兩個方面

5、出發(fā)，即功耗控制和睡眠調(diào)度。一種優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法不僅需要接近真實傳感器網(wǎng)絡(luò)，同時也需要具有一定通用性以及兼顧許多其他網(wǎng)絡(luò)性能。本文通過收益和成本方式表征網(wǎng)絡(luò)綜合性能，試圖在網(wǎng)絡(luò)生存時間和網(wǎng)絡(luò)綜合性能之間找到最佳平衡。以更實際的方法表征WSNs整體性能。
　?。?）基于C-POM模型提出了高時效優(yōu)化算法。
　　針對C-POM模型本身優(yōu)化時效性不高，本文提出了基于Floyd改進的高效優(yōu)化算法,在實際WSNs中測試中能夠很好的縮