无线传感器网络中容错虚拟骨干网的构建

摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是由数目众多的低成本、功能强大的传感器节点无规律分布在监测环境内组成，由大量节点构建一个大范围灵活的非静态网络系统，由于WSN网络的通信技术迅速发展，在国防建设、工业生产、智能家居、医疗卫生、环境监控、预防灾害、其他商业用途等诸多领域有着广阔的应用。由于无线链路具有较低带宽，普遍使用泛洪(flooding)算法进行广播通信，易引发严重的广播风暴问题(Broadcast storm problem)，WSN的网络拓扑结构频繁变换，而且会大量耗损传感器节点存储有限的电池能源。普遍采用连通支配集(Connected Dominating Set，CDS)中支配集节点共同构造一个虚拟骨干网。同时需要进行可靠有效的监测针对某些重要的环境和关键目标，所以必须要考虑骨干网的容错能力。通过构造一个高容错性能的虚拟骨干网解决无线传感器网络以上问题。
　　本文研究WSN网络中已有的虚拟骨干网构造算法，进行总结归纳。进而提出一种2连通k支配集高效分布式算法EFTDA(Efficient fault tolerance distributed algorithm)，综合考虑节点剩余能量和能量阈值，节点度与支配点理想支配数目，节点的接收信号强度指标(Received Signal Strength Index，RSSI)等影响虚拟骨干网工作周期的多个参考因素，提出节点权值函数，选取最大权值W的节点担任支配点，搭建整网络权和值最大的支配集，完成具有高容错性能虚拟骨干网的构建。通过相关的仿真实验，性能分析结果表明，构建的虚拟骨干网具有一定的容错能力，保证了无线网络中通信质量，可实现整个网络能源均衡消耗，减少路由开销，最大程度延长网络生命周期。并且针对虚拟骨干网中原有节点退出和新节点加入两种情况提出局部维护策略。

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第1章 绪论

1.1 无线传感器网络简介

1.2 容错虚拟骨干网的意义

1.3 国内外研究现状

1.4 研究问题的提出和解决

1.5 本论文主要的研究内容

1.6本文的结构安排

第2章 虚拟骨干网的构建基础

2.1 虚拟骨干网的图论基础

2.2 连通支配集理论

2.3 典型的k连通m支配集算法

2.4 典型的虚拟骨干网的构造算法研究

2.5 本章小结

第3章 构建容错虚拟骨干网

3.1 算法的主要思想

3.2 EFTDA算法

3.3 算法的描述

3.4 本章小结

第4章 模拟仿真与实验分析

4.1 OPNET仿真器简介

4.2 EFTDA算法的仿真实验

4.4 本章小结

第5章 虚拟骨干网的维护策略

5.1 骨干网的维护

5.2 新节点加入

5.3 节点退出

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 未来研究工作

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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