无线传感器网络拓扑控制算法及组网复杂度分析

摘要

无线传感器网络是信息科学领域中一个崭新的研究领域，综合了传感器、嵌入式计算、网络及通信、分布式信息处理等技术。它是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。无线传感器网络通过物与物的互联，把感知触角深入世界各个角落，将对人们的生活和产业变革产生深远影响，是信息感知和采集的一场革命，必将成为下一代互联网的重要组成部分。
　　本论文阐述了无线传感网络的主要特点，回顾了无线传感器网络技术的国内外发展现状。无线传感器网络还有很多待研究和改进的技术。本论文主要针对网络拓扑控制算法和组网复杂度分析展开研究和讨论。
　　本论文分为二部分。第一部分，无线传感器网络拓扑控制算法，针对基于节点度数算法，本文在(k，j)-NN算法基础上提出改进(k，j)-NN算法和([t，1]，k，j)-NN算法。(k，j)-NN算法，各个节点的节均度数不超过4.5，而大大低于已有的6～8的结论。(k，j)-NN算法即可以保证整个网络以高概率连通，又可以减少参与转发的邻居节点数目，从而减少消息的碰撞，提高网络的吞吐量;同时也节省邻居节点的能耗，延长节点的寿命。
　　改进(k，j)-NN算法和（[t，1]，k，j）-NN算法在保持(k，j)-NN算法上述优点外，比(k，j)-NN算法具有更集中的低度数分布，更高的连通概率，更低平均最大度数，更短的发射半径和更低的能耗，仿真分析验证了这些优点。
　　第二部分，本文对无线传感器网络的组网复杂度进行分析和讨论。对于单跳无线传感器网络的组网，如果网络节点知道网络规模N，则可以不断调整发包概率ρ，使得组网时间期望关于N从指数级增长降到线性增长，组网能耗期望关于N从指数级增长降到最多是N2阶增长。如果网络不知道网络规模N，本文提出了组网中止规则，并对组网中误判的概率进行了分析。