無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自組織演化模型及其關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為新興的信息獲取技術(shù)，融合了嵌入式計(jì)算、無(wú)線通信、微機(jī)電、傳感器等多學(xué)科技術(shù)，是目前信息科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。研究大規(guī)模的密集部署的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的演化機(jī)制以及構(gòu)建相應(yīng)的自組織演化模型，可以真實(shí)再現(xiàn)其拓?fù)涮卣?，有利于網(wǎng)絡(luò)整體性能的分析和評(píng)估以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)。目前，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織演化模型還處于探索階段，發(fā)展還不成熟。研究人員一方面研究更加真實(shí)的演化模型，另一方面研究某種模型的實(shí)際應(yīng)用和工作效率。
　　

2、在分析復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的原理和概念的基礎(chǔ)上，根據(jù)真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)演化行為，形成新的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自組織演化模型，以期進(jìn)一步深化無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣：吐酚傻汝P(guān)鍵技術(shù)的研究。本文的主要研究工作如下：
　　 (1）研究了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的小世界演化模型，提出了基于小世界理論的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)廣播算法和選播路由算法研究了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的AH-WS小世界演化模型以及Two-Radius小世界演化模型，借助于小世界網(wǎng)絡(luò)高集聚系數(shù)和低平均路徑長(zhǎng)度的特

3、征，將Two-Radius小世界演化概念分別引入到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)廣播和匯聚選播路由算法當(dāng)中，同時(shí)利用了蟻群算法的啟發(fā)式搜索，分別提出了一種基于小世界演化模型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的單Sink節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)廣播算法（SWPBA）和一種小世界演化模型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多Sink節(jié)點(diǎn)選播路由算法（SWPAR），并分別給出了兩種算法的實(shí)現(xiàn)。SWPBA算法同已有的廣播算法相比，在單次廣播能耗、單次廣播等待時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間三種性能指標(biāo)均有一定程度的提高

4、。而SWPAR算法同已有的選播算法相比，可以有效解決目前選播當(dāng)中所存在的能量空洞、最熱路徑以及Sink節(jié)點(diǎn)瓶頸問(wèn)題。
　　 (2）提出了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署演化模型如何對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效的部署是其應(yīng)用必須要解決的問(wèn)題之一。在連續(xù)介質(zhì)演化模型以及組合演化模型的基礎(chǔ)上，提出了一種節(jié)點(diǎn)的度分布服從冪律指數(shù)的節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署演化模型，并且對(duì)該模型利用連續(xù)介質(zhì)理論進(jìn)行解析得到度分布指數(shù)在2到3之間；同時(shí)設(shè)計(jì)了無(wú)線傳感器網(wǎng)

5、絡(luò)拓?fù)渖善鲗?duì)該模型進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。
　　 (3）提出了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)局域世界演化模型在經(jīng)典L-C局域世界演化模型與S-R演化模型的基礎(chǔ)上提出了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)局域世界演化模型。該演化模型考慮了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的四種演化行為：節(jié)點(diǎn)的增加，節(jié)點(diǎn)的失效，節(jié)點(diǎn)之間發(fā)起新的連接以及鏈路失效，同時(shí)將四種演化行為擴(kuò)展到模型的動(dòng)力學(xué)過(guò)程中，使用連續(xù)介質(zhì)理論分析了節(jié)點(diǎn)的度分布特征，得出了該模型的度服從指數(shù)的冪律分布；并通過(guò)仿真驗(yàn)證了該模型

6、的有效性以及該模型對(duì)于節(jié)點(diǎn)的隨機(jī)故障以及失效具有較高魯棒性。
　　 (4）提出了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇演化模型分簇現(xiàn)象在大規(guī)模的傳感器網(wǎng)絡(luò)廣為存在。已有的分簇模型均假設(shè)節(jié)點(diǎn)到達(dá)時(shí)間服從均勻分布以及沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn)的失效機(jī)制?；赑oisson增長(zhǎng)模型，提出了一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇演化模型，該演化模型考慮了四種分簇過(guò)程的動(dòng)力學(xué)行為：簇首的建立，普通節(jié)點(diǎn)與簇首的優(yōu)先鏈接，普通節(jié)點(diǎn)的失效以及普通節(jié)點(diǎn)的遷移四種情況，通過(guò)理論解析得到了簇容量