基于最短路径树的WSN拓扑控制算法研究

摘要

无线传感器网络作为一种新型的测控网络，在军事、工业、环境和医疗等诸多领域都潜在着巨大的应用价值，引起了国内外研究者的普遍关注。由于其能量受限的特点，最大限度地降低能耗并保持网络性能成为设计的主要目标。拓扑控制是提高无线传感器网络能量有效性的关键技术，对延长网络生命期、改善网络性能等方面具有重要作用。因此，研究高效的拓扑控制算法具有一定的理论和现实意义，本课题从网络拓扑结构模型出发，针对基于最短路径树的无线传感器网络拓扑控制算法进行了研究。
　　分析UDG、MST、RNG和GG等典型邻近图拓扑结构模型，并针对这些模型没有考虑网络实际能耗情况的局限性，从传感器节点通信能耗模型出发，研究无线传感器网络中单、多跳通信方式的能耗规律，结合Dijkstra最短路径递增的思想形成最小能耗路径拓扑的生成规则，建立了一种基于最短路径树的拓扑结构模型，获得了每个节点到目的节点的最小能耗路径。
　　通过对数据传输路径的分析，设计了一种基于本地最小能耗路径的拓扑控制算法(LMPT)，由sink节点开始拓扑发现，采用与通信能耗成正比的定时机制来控制节点加入拓扑的顺序，按路径能耗递增的次序产生最小能耗路径树，同时研究拓扑维护方法，解决个别节点负载偏重而过早失效的问题，理论与实验分析验证了上述算法的有效性。
　　研究无线传感器网络性能和拓扑结构之间的关系，针对节点度没有限制造成通信干扰和网络性能下降等问题，采用相关邻近图的方法对邻居节点数目进行优化，形成了一种度优化本地最小能耗路径树的拓扑控制算法(DLPT)，理论分析和仿真实验表明该算法在连通性、节点度、发射功率有效性和路径功耗等方面具有较大的优势，能够提高网络整体性能，延长生命期。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 无线传感器网络概述

1.3 拓扑控制技术研究现状与分析

1.4 论文的主要研究内容

第2章 无线传感器网络拓扑结构模型的建立

2.1 引言

2.2 邻近图拓扑结构模型研究

2.3 基于通信能耗模型的拓扑结构选择

2.4 基于最短路径树的拓扑结构模型构建

2.5 本章小结

第3章 基于本地最小能耗路径的WSN拓扑控制算法研究

3.1 引言

3.2 数据传输路径的选择

3.3 基于本地最小能耗路径的拓扑控制算法设计

3.4 本章小结

第4章 度优化本地最小能耗路径树的WSN拓扑控制算法研究

4.1 引言

4.2 网络吞吐量与拓扑结构的关系

4.3 度优化拓扑控制算法DLPT设计

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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