無線網(wǎng)絡(luò)容錯拓撲控制算法研究.pdf

1、無線 Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)是由一組帶有無線通信收發(fā)設(shè)備的移動節(jié)點組成的多跳、臨時、無中心的自治系統(tǒng),是一種不需要基礎(chǔ)設(shè)施、可以在任何地點任何時刻迅速構(gòu)建的移動自組織網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的移動節(jié)點本身具有路由和分組轉(zhuǎn)發(fā)功能,可以通過無線方式構(gòu)成任意的拓撲。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種無中心節(jié)點的全分布系統(tǒng),以自組織和多跳的方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),大量靜止或移動的傳感器節(jié)點通過隨機投放的方式被密集部署于監(jiān)控區(qū)域。各個傳感器節(jié)點之間有良好的協(xié)作能力,整個網(wǎng)絡(luò)的全局任務(wù)通過

2、局部的數(shù)據(jù)交換完成。包含無線Ad-Hoc和傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)絡(luò)近年來越來越多的引起人們的注意,它們在搶險救災(zāi)、戰(zhàn)場監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、健康應(yīng)用中具有重要的使用價值和廣闊的應(yīng)用前景。
　　近年來,容錯通信機制和能量高效是無線網(wǎng)絡(luò)中的研究重點和熱點。拓撲控制是提高網(wǎng)絡(luò)連通性、可靠性、容錯性以及節(jié)省能耗的最有效的方法之一。容錯拓撲控制的主要目標(biāo)是在保證網(wǎng)絡(luò)的一些拓撲特性(比如連通性)的基礎(chǔ)上,通過功率控制或者骨干網(wǎng)節(jié)點的選擇,使網(wǎng)

3、絡(luò)的總能耗最小。本文總結(jié)了近年來提出的各種容錯拓撲控制算法及其主要設(shè)計思想,從容錯性、能量高效性、算法復(fù)雜度和穩(wěn)定性等方面綜合分析現(xiàn)有的容錯算法,并對現(xiàn)有文獻中的容錯算法進行分類和總結(jié)。在此基礎(chǔ)上,針對廣播、組播和匯播問題提出新的容錯拓撲控制算法,根據(jù)圖論、線性規(guī)劃、控制論等數(shù)學(xué)知識,從理論上證明算法的正確性以及算法的綜合性能,仿真實驗表明網(wǎng)絡(luò)總能耗較小,算法可以有效的延長網(wǎng)絡(luò)壽命。
　　本文共包括五個部分。第一章介紹了無線傳感器

4、網(wǎng)絡(luò)和無線 Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)概念,針對目前的研究現(xiàn)狀,提出了具體的研究問題和研究意義。第二章主要介紹了無線網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)模型、能量模型、容錯性相關(guān)定義,并對目前的容錯拓撲控制算法進行了分類總結(jié)。第三章提出了一個能量高效的廣播樹構(gòu)造算法 CBEEB(Clustering-based Energy-Efficient Broadcast Tree),該算法包含一個分簇算法和IBIP(Improved BIP算法)。首先網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點計算

5、自己的權(quán)值,并選出簇頭節(jié)點和簇成員節(jié)點,簇成員節(jié)點作為廣播樹的葉子節(jié)點,網(wǎng)絡(luò)廣播時葉子節(jié)點的能耗為零;在簇頭節(jié)點集合上執(zhí)行 IBIP算法,構(gòu)造廣播樹。第四章研究了無線 Ad-Hoc網(wǎng)絡(luò)在 k-容錯準(zhǔn)則下 k-廣播、k-組播和k-匯播三種不同的拓撲控制問題;其目標(biāo)是在保證網(wǎng)絡(luò)是 k-容錯的前提下使網(wǎng)絡(luò)的總能量消耗最小。針對不同的拓撲控制問題,提出了一種新的通用近似算法保證了網(wǎng)絡(luò)拓撲的k-容錯性,并通過理論分析證明了算法的近似比,仿真實驗證