无线自组织网络中协作拓扑控制算法研究

摘要

无线自组织网络中节点能量有限，如何有效地延长无线自组网的生命周期是一个具有挑战性的工作。拓扑控制技术通过调整无线节点传输功率，在保证网络连通前提下选择合适的邻居节点以减少节点能量消耗，达到延长网络生命周期的目的。
　　 网络的强连通是拓扑控制技术有效使用的前提。协作通信技术允许帮助节点与源节点协同向目的节点发送相同信息，可以扩大源节点的传输范围，增强网络连通性。采用基于协作通信的拓扑控制技术将可以适用于网络不连通的场景。
　　 本文主要研究协作通信模型下的拓扑控制问题，分别针对二维和三维无线自组网，结合协作通信和拓扑控制技术，构建具有能量有效的网络拓扑结构。
　　 论文主要工作包括:
　　 通过研究目前已有协作通信模型下拓扑控制算法，将其归纳为最小化节点能耗和最大化路径能量有效的协作拓扑控制算法两类，分析了两类算法对网络生存期的影响，并指出算法存在的问题与不足。
　　 考虑协作通信模型下维持链路所需的总能耗和节点当前的剩余能量，分别提出了基于最小生成树(MST)和基于最短路径(SP)的协作拓扑控制算法MST-basedLDTCC(MST-based Lifetime-extended Dynamic Topology control with CooperativeCommunication)和SP-based LDTCC(SP-based Lifetime-extended Dynamic Topologycontrol with Cooperative Communication)。仿真结果表明，MST-based LDTCC尽可能降低了节点传输能耗，SP-based LDTCC保证了路径能量有效性，两者均可有效延长网络生存期。
　　 针对协作通信模型下如何增强三维网络的连通性，以及多目标优化下的协作能量伸展子图问题，提出适用于三维网络的能量有效协作拓扑控制算法CIETC(Connectivity-enhanced Interference-aware Energy-efficient Topology Control)。理论分析证明CIETC生成的拓扑具有协作能量伸展特性;仿真结果表明CIETC在增强网络连通性和降低干扰的同时，保证了任意节点间路径能量的有效性。
　　 扩展MATLAB仿真平台，增加了网络场景实现模块和算法实现模块，为协作拓扑控制算法仿真提供一种简单和有效的途径。

目录

声明

摘要

插图索引

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 无线自组网拓扑控制研究现状

1．2．1 二维拓扑控制算法

1．2．2 三维拓扑控制算法

1．3 研究内容

1．4 论文结构

第2章 无线自组网中协作拓扑控制概述

2．1 拓扑控制的定义及其意义

2．2 协作通信(CC)模型

2．3 CC模型下的拓扑控制方法

2．3．1 最小化节点能耗的协作拓扑控制

2．3．2 最大化路径能量有效的协作拓扑控制

2．4 小结

第3章 一种延长网络生命周期的协作拓扑控制算法

3．1 引言

3．2 网络模型

3．3 问题定义

3．4 LDTCC算法

3．4．1 基于MST的LDTCC算法

3．4．2 基于SP的LDTCC算法

3．5 实验仿真及结果分析

3．6 小结

第4章 一种能量有效的三维协作拓扑控制算法

4．1 引言

4．2 已有拓扑控制算法分析

4．3 模型和定义

4．3．1 三维网络模型

4．3．2 问题定义

4．4 CIETC算法

4．5 理论分析

4．6 实验仿真及结果分析

4．7 小结

第5章 基于MATLAB的协作拓扑控制算法模块实现

5．1 MATLAB中网络场景模块实现

5．2 MATLAB中协作拓扑控制算法模块实现

5．3 MATLAB中协作拓扑控制算法仿真实验

5．4 小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读硕士学位期间所参与的科研活动