面向Qos保障的復雜異構無線傳感器網(wǎng)絡下的拓撲控制研究.pdf

1、復雜異構無線傳感器網(wǎng)絡（Heterogeneous Wireless Sensor Networks，HWSNs）是由不同類型的傳感器節(jié)點組成的自組織網(wǎng)絡。HWSNs不僅滿足了陸地上的應用需求，在水下環(huán)境中也得到了充分的利用。由于節(jié)點受自身能量的限制，能耗一直是HWSNs中一個不可忽視問題。再加上節(jié)點部署環(huán)境的復雜性，節(jié)點容易受到外界環(huán)境的干擾或人類的蓄意破壞而導致失效。因此，在解決能耗和節(jié)點失效問題的基礎上保障網(wǎng)絡的Qos成為HWSN

2、s的一個關鍵問題。而拓撲控制作為一種保證HWSNs能夠實現(xiàn)高效節(jié)能的關鍵技術，它不僅能夠構建優(yōu)化的網(wǎng)絡拓撲結構，并且?guī)в芯S護階段的拓撲控制還能夠使得HWSNs具有一定的容錯性。
　　本文針對HWSNs的能耗和節(jié)點失效問題，進行了相關的研究，并提出了對應的理論模型和解決方案。主要工作如下：
　　1．針對網(wǎng)絡中能耗不均勻、簇頭節(jié)點負載不均衡以及因能量耗盡而導致節(jié)點失效等問題，提出了基于容錯的異構無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲控制算法。該算

3、法在拓撲構建階段，通過幾何方法選擇簇頭，待所有非簇頭節(jié)點通過比較與簇頭之間引力大小加入簇后，再利用最小費用最大流的方法對每個簇的簇成員數(shù)進行調整，均衡每個簇的負載；拓撲維護階段對能量低于某輪通信閾值的簇頭節(jié)點進行局部通信的調整，對調整后的網(wǎng)絡進行廣度優(yōu)先搜索樹遍歷尋找孤立節(jié)點或環(huán)路通信。若存在孤立節(jié)點則孤立節(jié)點采用最短路徑與非孤立節(jié)點通信，若存在環(huán)路則遍歷去掉環(huán)路的路徑。這樣經(jīng)過拓撲維護后使得能量能夠均衡的消耗，期望節(jié)點在同一時刻死亡，

4、以延長網(wǎng)絡壽命。
　　2．針對網(wǎng)絡能耗、通信鏈路損耗和節(jié)點任意失效等問題，提出了基于功率和能量優(yōu)化的勢博弈拓撲控制算法。該算法首先理論分析了節(jié)點功率調節(jié)形成的博弈過程中納什均衡的存在性和有效性，其次以網(wǎng)絡中的成本代價作為簇頭選舉參數(shù)的參考，然后結合能量、節(jié)點之間的跳數(shù)和距離等參數(shù)來指導非簇頭節(jié)點加入簇。最后當網(wǎng)絡運行過程中有節(jié)點失效時，啟動拓撲維護階段調整各個節(jié)點的發(fā)射功率，維持網(wǎng)絡的正常運行。
　　3．研究了水下無線傳感器

5、節(jié)點的能耗模型和水下無線傳感器網(wǎng)絡（ Underwater Wireless Sensor Networks，UWSNs）的路由協(xié)議，根據(jù)UWSNs中節(jié)點部署稀疏、多徑效應和節(jié)點能耗快等網(wǎng)絡特性，提出了基于能耗均衡的UWSNs拓撲控制算法。通過建立多人博弈模型選出網(wǎng)絡中簇頭，然后以節(jié)點的成本代價實現(xiàn)中繼節(jié)點的選擇，以實現(xiàn)能量的均衡消耗和網(wǎng)絡能量利用效率的提高，最終達到延長網(wǎng)絡生命周期的目的。
　　最后，將上述的算法通過仿真平臺的驗