面向节能与可靠传输的无线传感器网络拓扑优化算法研究

【摘要】：无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是一种新型网络,它综合了多种先进技术,主要用途为监测。由于WSN具有成本低、覆盖范围广等优势,得到了越来越多的关注与应用。然而WSN本身具有的一些特性,如传感器节点能量有限且不可补充、以数据为中心等,这些特性要求无线传感器网络要尽可能地确保能量的有效使用与数据的可靠传输。拓扑结构作为底层协议,对WSN起着支撑作用,一个良好的拓扑控制算法,可以为网络节约大量能量,也能确保数据的可靠传输,对无线传感器网络的发展具有十分重要的意义。因此本课题针对面向节能与可靠传输的WSN拓扑优化问题展开了深入研究,研究内容为:(1)对无线传感器网络拓扑控制的相关知识进行归纳总结,分析了传统的拓扑控制模型,找出现有拓扑控制模型及拓扑控制算法中存在的问题,寻求解决思路,为本课题设计节能与可靠传输的拓扑优化模型以及算法奠定了基础。(2)分析链路上存在障碍物时对无线传感器网络能耗与数据传输的影响,建立了路径障碍移除模型,其后结合节点能耗模型设计了分布式的WSN拓扑控制算法EAPOR。理论证明该算法所构建的拓扑结构具有双向性与连通性,算法的信息复杂度仅为O(n)。仿真实验验证了理论分析,并说明了EAPOR能提高网络鲁棒性与稀疏性、降低网络端对端延迟、延长网络生命期。(3)为了在实现网络节能与可靠传输的基础上尽可能地对网络其他性能也进行优化,首先分析了节点功率对网络连通性、鲁棒性与稀疏性、网络干扰的影响,通过博弈论的相关知识将表征网络各项性能的指标融入收益函数,建立了多性能协同优化的拓扑控制博弈模型MPOGM,理论证明该模型能收敛到纳什均衡。其后基于该模型建立了可自维护的多性能协同优化拓扑控制博弈算法MPCOSM,理论分析证明了该算法能收敛到帕累托纳什均衡状态,其信息复杂度仅为O(n)。仿真实验表明MPCOSM所构建的拓扑结构具有小且均衡的能耗、较小的干扰与较好的链路质量。 【关键词】：无线传感器网络 拓扑控制 路径障碍 剩余能量 链路质量 博弈论
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 无线传感器网络概述10-12
• 1.2 课题研究背景及意义12-13
• 1.3 课题研究现状分析13-16
• 1.4 主要内容及结构安排16-18
• 第2章 面向应用环境的WSN节能优化拓扑控制模型研究18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 WSN系统模型研究18-24
• 2.2.1 基于链路感知的拓扑控制模型19-20
• 2.2.2 基于邻近图结构的拓扑控制模型20-22
• 2.2.3 基于能量特性的拓扑控制模型22-24
• 2.3 面向应用环境的WSN节能优化拓扑控制模型研究24-29
• 2.3.1 面向应用环境的路径障碍移除模型建立24-27
• 2.3.2 基于路径障碍移除模型的WSN节能优化拓扑控制模型建立27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 基于路径障碍移除模型的WSN节能优化拓扑控制算法研究30-43
• 3.1 引言30
• 3.2 链路删选方法研究30-31
• 3.3 基于路径障碍移除模型的WSN节能优化拓扑控制算法研究31-36
• 3.3.1 算法设计31-33
• 3.3.2 算法说明33-34
• 3.3.3 算法理论分析34-36
• 3.4 仿真实验与性能评价36-41
• 3.4.1 权重因子仿真实验及分析36-38
• 3.4.2 拓扑结构仿真实验及分析38-39
• 3.4.3 网络特性仿真实验及分析39-41
• 3.5 本章小结41-43
• 第4章 多性能协同优化的WSN拓扑控制博弈模型研究43-51
• 4.1 引言43
• 4.2 链路通信质量评价指标研究43-44
• 4.3 多性能协同优化的WSN拓扑控制博弈模型研究44-49
• 4.3.1 博弈基础知识研究45-46
• 4.3.2 多性能协同优化的WSN拓扑控制博弈模型建立46-49
• 4.4 模型特性分析49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 多性能协同优化的WSN拓扑控制博弈算法研究51-69
• 5.1 引言51
• 5.2 多性能协同优化的WSN拓扑控制博弈算法研究51-59
• 5.2.1 算法设计51-55
• 5.2.2 算法理论分析55-59
• 5.3 实验仿真及性能分析59-68
• 5.3.1 参数仿真实验及分析59-61
• 5.3.2 拓扑结构仿真实验及分析61-62
• 5.3.3 网络特性仿真实验及分析62-68
• 5.4 本章小结68-69
• 结论69-71
• 参考文献71-76
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果76-77
• 致谢77-78
• 作者简介78

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

面向物联网的无线传感器网络综述    钱志鸿;王义君;

基于路径损耗的WSN能量意识拓扑控制算法    黄曼;程良伦;

无线传感器网络的拓扑维护    王出航;胡黄水;

传感器网络及其数据管理的概念、问题与进展    李建中,李金宝,石胜飞

无线网络邻近图综述    路纲;周明天;牛新征;佘堃;唐勇;秦科;

视频传感器网络中无盲区监视优化    蒋一波;王万良;陈伟杰;郑建炜;姚信威;

一种基于博弈论的无线传感器网络拓扑控制算法    李俊;徐友云;蔡跃明;

Local adaptive transmit power assignment strategy for wireless sensor networks    赵学健;庄毅;王进;

无线传感器网络在星球表面探测中的应用展望    马媛嫒;张文娜;秦国军;胡茑庆;

无线传感器网络拓扑控制的研究    田飞

无线传感器网络能量感知的低功耗路由算法    周佐华

无线传感器网络的安全性研究    秦大力;唐颖;

无线传感器网络在武警部队的应用    霍军;刘建平;

进一步完善宁夏水权转换制度的探索    王提银;诰永权;

基于信用博弈模型的我国食品行业信用缺失的原因及对策研究    汪普庆,周德翼

基于WSN的森林火灾预警系统设计    冯立波;黄婷;罗桂兰;

基于无线传感网络和LabVIEW的洱海水质监测系统设计    杨润标;左国超;李娟;丁运芳;简亚琼;

我国部分行业投资过热成因的博弈分析    袁桂春;

基于簇中建链路由方法的无线传感器网络数据传输模型    孙亭;孙璐;

应用无线传感器网络技术进行远程检测和故障诊断    盛鸿宇;

无线传感器网络研究现状与应用    杜晓明;陈岩;

TeeChart在WSN信息管理系统中的应用    李坚;陈祥光;刘春涛;冼南宝;

无线传感器网络的动态树型结构    蔺智挺;赵保华;屈玉贵;柏荣刚;

冤案的透视——博弈论视角下的刑事冤案防范    易慧琳;

无线传感器网络研究概述    彭刚;刘戎;王方年;孙广义;

一种能量有效的无线传感器网络低时延MAC协议    贾晓静;张少波;

无线传感器网络多跳路由协议研究    薛晓亮;孙弘;井冰;邱铭杰;

无线传感器网络技术综述    李凤保;

一种基于传感器网络的普适计算数据流挖掘算法    叶宁;王汝传;陈志;

Design of Node In Wireless Sensor Network    

高校后勤社会化的环境下食堂管理的模糊对策模型    王燕婷;张子芳;

基于柱形换能器的水下传感器网络组网协议研究    孙玉婷

无线自组织网络拓扑控制算法和协议研究    李晓鸿

无线传感器网络农业信息监控系统设计与数据融合研究    蒋鼎国

能源自给低功耗无线传感器网络关键技术研究    高艺

无线自组织网络中的路由技术相关问题研究    吴磊

面向无线传感网络的嵌入式操作系统设计    董玮

基于形式化特征分类的机会网络路由规则研究    周强

无线传感器网络路由协议若干关键问题研究    张霞

无线传感器网络定位技术研究    皮兴宇

无线传感器网络中高能效数据收集协议的研究    杨靖

基于博弈论视角的开发区土地集约利用研究    张舒

基于LEACH的WSN分簇路由协议研究    杨伟伟

基于Agent的无线传感器网络自律管理模型与应用    林相君

基于粒子群的无线传感器网络定位技术的研究    石莹

基于RSSI测距的WSN定位系统设计    刘文娟

无线传感网络在环境监测中的应用    颜语

基于博弈论视角的融资型特许经营项目综合管理模式研究    支晓云

基于Zigbee无线传感器网络的煤矿瓦斯监测系统研究    王涛

基于ZigBee的大棚环境监控系统的设计    李定江

基于差分机制和ASCH算法的WSN节能研究    夏永成

物联网:概念、架构与关键技术研究综述    孙其博;刘杰;黎羴;范春晓;孙娟娟;

无线传感器网络1点和2点连通可靠性研究    孙永进,孙雨耕,陈宝江,房朝晖

基于极大独立集的最小连通支配集的分布式算法    唐勇;周明天;

无线传感网络布局的虚拟力导向微粒群优化策略    王雪;王晟;马俊杰;

物联网技术与应用研究    钱志鸿;王义君;

一种基于加权处理的无线传感器网络平均跳距离估计算法    刘锋;张翰;杨骥;

一种轻量级的无线传感器网络密钥建立协议    刘伟;罗嵘;杨华中;

无线传感器网络分布式一致时间同步协议的收敛分析及加速设计    李立;刘勇攀;杨华中;汪蕙;

无线传感器网络路径覆盖问题研究    李磊;张宝贤;黄河清;刘海涛;

基于6LoWPAN的物联网寻址策略研究    王义君;钱志鸿;王雪;孙大洋;

无线传感器网络能量平衡的拓扑控制研究    向毅

无线传感器网络节能传输技术研究    袁勇

无线传感器网络:未来新的高技术产业    纪红

传感器网络    李志刚,周兴社

无线传感器网络的研究与应用    臧丽娜;许明;赵晶;

将安全从鸵鸟做到麻雀——北京理工大学胡昌振教授谈无线传感器网络安全    胡晓荷;

无线传感器网络中基于能量的成簇协议    刘月阳;李娜娜;纪红;乐光新;

无线传感器网络在医疗行业的应用展望    马碧春;

无线传感器网络的安全问题及对策    戴宁江;邱慧敏;

无线传感器网络中信道仿真模型的研究    姜华;袁晓兵;付耀先;刘海涛;

一种无线传感器网络的多优先级数据聚集协议    邱建林;陆桑璐;陈道蓄;

无线传感器网络中传感器节点的布置    陆克中;黄刘生;万颍渝;徐宏力;

无线传感器网络系统实验分析    唐云龙;

无线传感器网络与互联网集成体系结构    杜景林;陈力军;谢立;

面向电子智能服装的人体无线传感器网络构建    刘昊;

无线传感器网络技术在养殖业污染防治上的应用前景    李华;李文秀;

K重覆盖无线传感器网络优化    李洁;任海风;

无线传感器网络技术现状及应用    余旻晖;唐亮;

无线传感器网络技术综述    李凤保;李凌;

传感器网络工作效率研究    吴晓蓓;黄成;徐志良;

无线传感器网络概述    吴荣泉;钱立群;

影响无线传感器网络性能实现的关键因素分析    孙丹宁;

让无线传感器网络走入生活    罗清岳

多媒体传感器网络    

无线传感器网络技术专利分析    美国专利律师 谭文晔　薛之扬

无线传感器网络改变未来世界    本报记者 赵建国

我国传感器网络标准工作取得新进展    樊哲高

传感器网络标准取得新进展    本报记者 王博

ZigBee无线传感器网络解决方案    林宗辉

利用无线传感器网络提高地质灾害监测能力    温雅路

国内外物联网技术研究进展    赛迪顾问信息产业研究中心高级咨询师 王坤

物物之连    本报记者 张彤

传感器网络三维拓扑组织及分簇算法研究    刘华峰

无线传感器网络能量管理技术与理论研究    高英明

无线传感器网络的资源异构及能效管理研究    刘明

无线传感器网络若干基础问题的建模与分析    唐林俊

基于传感器网络的扩散型事件监测技术研究    崔筱宁

面向普适医疗的无线传感器网络研究    陆星家

医疗护理无线传感器网络系统关键技术研究    霍宏伟

无线传感器网络自组织演化模型及其关键技术研究    姜楠

能源自给低功耗无线传感器网络关键技术研究    高艺

无线传感器网络节点能量均衡策略及控制算法研究    袁久银

无线传感器网络的节能与可靠性研究    彭霁

基于无线传感器网络的组网可靠性研究    陆莹

煤矿安全监控无线传感器网络系统研究    潘虎

无线传感器网络通信机制的研究    张杉

无线传感器网络关键技术研究    宋保业

基于多维变换的无线传感器网络定位算法研究    米琦

利用无线传感器网络实施道路维护与监控    魏宝玲

无线传感器网络路由协议研究    蔡新文

传感器网络环境下的反监控算法研究    陈喆

温室低时延高效无线传感器网络的研究    张卫华