无线传感器网络虚拟骨干网构造算法研究

摘要

近年来,无线传感器网络已经广泛应用于各种领域,且应用类型多种多样。无线传感器网络没有固定的基础设施,由一定数量的无线传感器组成。这些传感器节点是可移动的,带有RF收发器等无线通讯设备,执行传感、数据处理和通信任务。传感器节点能量有限,并且洪泛路由机制会导致过多通信冗余,耗费许多节点能量,导致部分节点过早失效,尤其是广播风暴问题。因此,需要设计优良合理的拓扑控制协议,延长节点及整个网络的寿命。
　　通常情况下,假设无线传感器网络是同构的,且至少要工作一段时间。那么,如何节省节点能量,变成了无线网络研究领域的关键问题之一。无线网络拓扑控制可以解决此类问题,确保节点能耗平衡,从而延长整个网络的生命周期。拓扑控制问题是在无线网络模型图中,计算具有某些特殊性质的子图。这些性质包括连通性、低节点度和低干扰等等。通常会考虑节点簇和节点控制集这两种拓扑控制。
　　虚拟骨干网(VB)可以极大地减少冗余信息,从而减少节点通信时的能耗,进而改善网络性能。本文通过构造连通控制集(CDS),由 CDS来完成虚拟骨干网的任务。连通控制集作为虚拟骨干网是目前此研究领域的重点研究内容。基于连通控制集的虚拟骨干网与基于非连通的虚拟骨干网相比较,前者具有更多良好的几何性质,能更好的划分网络拓扑层次。骨干网上的节点负责收集信息和传送信息,担任整个网络的路由功能。
　　本文对现有的连通控制集算法进行了仔细研究和总结,根据研究结果,分别设计了基于边控制能力和干扰感知的连通控制集算法。目前基于干扰的拓扑控制算法的研究相对较少,且大多数文献中认为较低的节点度产生较少的干扰。然而,事实并非如此。干扰感知的拓扑控制算法是当前研究的热点。本文应用理论证明来确保算法的理论正确性,同时通过仿真实验,根据仿真结果来分析算法的性能。
　　本文共有五章,第一章给出了无线网络控制集和虚拟骨干网的定义。并且针对此方面问题的研究现状,提出了本文研究方向。在第二章中,我们首先介绍了几种常用的无线网络模型。其次,对现有的控制集算法进行分类总结。紧接着给出了相关的经典研究算法。通过对现有算法的分析研究,针对研究薄弱环节,得出了本文的研究内容。第三章则给出了在简单无向图模型下,提出边控制能力的定义。进而提出基于边控制能力的控制集算法和骨干网算法。第四章在赋权单位圆盘图中,提出了低干扰的控制集算法和骨干网算法。算法有效地运用了匹配技术和边干扰能力值,仅需要节点局部信息。既节省了节点能量,又提高了算法运行速度。第五章对本文全部内容进行了总结,对未来工作进行了展望。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 控制集

1.3 虚拟骨干网

1.4 论文组织结构

第二章 相关工作

2.1 网络模型

2.2 控制集经典算法综述

2.3 本章小结

第三章 基于边控制能力的无线网络骨干网构造算法

3.1 边控制能力

3.2 DS 近似算法

3.3 CDS 近似算法

3.4 仿真

3.5 本章小结

第四章 干扰感知的无线网络骨干网构造算法

4.1 干扰模型简介

4.2 前期工作

4.3 基于匹配的干扰感知的控制集构造算法

4.4 基于匹配的干扰感知的骨干网构造算法

4.5 分析

4.6 选定边的权值

4.7 仿真

4.8 本章小结

第五章 总论与展望

5.1 总论

5.2 未来的工作

参考文献

在校期间发表的学术论文

致谢