面向容错与干扰优化的无线传感器网络拓扑控制算法研究

摘要

无线传感器网络已广泛的应用于国防安全、交通管理、现代化生产以及医疗卫生等领域。由于传感器节点具有能量有限，节点之间信道共享的特点，网络节点或通信链路失效及信道间干扰现象普遍存在，严重影响到了网络的工作寿命。因此，提高网络容错性能、降低网络节点之间的干扰和能量消耗是实现提高网络性能和延长网络工作寿命的保障。拓扑控制技术能有效地降低能量的消耗和干扰，为研究无线传感器网络中容错和干扰问题提供了新思路。
　　本文以刚性图和三维干扰模型为基础，通过优化无线传感器网络的拓扑结构，设计新的拓扑控制算法，实现网络高容错与低干扰的目标。本文主要工作如下：
　　首先，通过分析无线传感器网络的特点，阐述无线传感器网络面临的挑战和拓扑控制技术的意义。从优化目标的角度，分别概述了已有的二维网络拓扑控制算法和三维网络拓扑控制算法特点及存在的不足之处。
　　其次，为了提高网络的容错能力和降低能耗，提出一种基于最优刚性图的拓扑控制算法。算法充分利用最优刚性拓扑的特性，实现降低节点间干扰、简化路由计算、提高了网络鲁棒性的目标。理论证明该算法有效地约束了网络平均节点度以及稀疏等性能，仿真实验表明该算法保证容错性能的同时降低了网络能耗。
　　最后，提出一种基于图的三维干扰模型和一种具有能量伸展性的 K-连通干扰优化算法。算法利用局部信息协调节点之间的通信范围，以避免节点通信干扰。理论证明该算法生成的网络拓扑结构具有能量伸展性以及抗毁能力，仿真实验表明该算法比其他算法降低了网络干扰10％~30%。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 拓扑控制存在的问题

1.4 本文工作

1.5 本文结构

第2章 相关技术分析

2.1 无线传感器网络模型

2.2 拓扑控制技术的设计目标及原则

2.3 二维拓扑控制算法

2.4 三维拓扑控制算法

2.5 本章小结

第3章 基于凸多边形最优三角剖分的最优刚性拓扑控制算法

3.1 引言

3.2 已有容错拓扑控制算法的分析

3.3 网络模型及问题定义

3.4 TMTc算法

3.5 算法性能分析

3.6 仿真实验及其分析

3.7 本章小结

第4章 基于能量有效的干扰优化三维拓扑控制算法

4.1 引言

4.2 已有三维拓扑控制算法分析

4.3 干扰模型及问题定义

4.4 MEITC算法

4.5 算法性能分析

4.6 仿真实验及其分析

4.7 本章小结

结论

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间所参与的科研活动

致谢