基于功率調(diào)節(jié)的無線傳感器網(wǎng)絡拓撲控制技術研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡作為計算、通信和傳感器技術相結合的產(chǎn)物，因其獨有的特點和廣闊的應用前景成為計算機科學領域一個活躍的研究分支。無線傳感器網(wǎng)絡通常具有大規(guī)模、自組織、隨機部署、節(jié)點資源有限、網(wǎng)絡拓撲經(jīng)常變化等特點，這些特點決定了拓撲控制技術在無線傳感器網(wǎng)絡中的重要作用。拓撲控制技術不僅是保證網(wǎng)絡覆蓋質(zhì)量和連通質(zhì)量的有效手段，還有利于減少節(jié)點的能量消耗，延長網(wǎng)絡的生命周期，避免信號沖突，降低通信干擾，增大網(wǎng)絡容量，降低路由計算的復雜度，增強網(wǎng)絡

2、健壯性及可擴展性等。
　　 本文對基于功率調(diào)節(jié)的拓撲控制技術進行了深入的研究，研究內(nèi)容包括基于鄰近圖的功率控制算法、網(wǎng)絡目標拓撲的容錯性及其對網(wǎng)絡環(huán)境與應用場景的自適應能力、無線傳感器網(wǎng)絡的能量空洞問題以及功率控制策略下節(jié)點的并行傳輸問題。主要研究成果及創(chuàng)新點包含以下幾個方面：
　　 (1)在分析現(xiàn)有的基于鄰近圖的拓撲控制算法的基礎上，提出一種基于β-Skeleton的功率控制算法β-S TC，實驗結果表明β-STC算法

3、相對于RNG模型和GG模型來說，可進一步提高網(wǎng)絡的能耗效率，降低網(wǎng)絡延遲。
　　 (2)對無線傳感器網(wǎng)絡拓撲控制算法的容錯性進行了研究，提出一種具有k-容錯能力的功率控制算法HFTPC，該算法通過分簇機制將網(wǎng)絡內(nèi)所有節(jié)點分成若干個簇，簇內(nèi)節(jié)點使用RNG模型實現(xiàn)簇內(nèi)拓撲控制，簇頭節(jié)點構成的骨干網(wǎng)使用k-CCHA算法保持k-連通，從而在保證網(wǎng)絡容錯能力的同時提高網(wǎng)絡的能耗效率，增大網(wǎng)絡容量。實驗結果表明k-CCHA算法相對于FLSS

4、k算法有效的緩解了無線信道的競爭，降低了通信干擾，同時減小了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡延遲，可獲得更好的實時性。
　　 (3)在分析路徑衰減指數(shù)和能量控制系數(shù)對節(jié)點最小覆蓋區(qū)域影響的基礎上，提出一種分布式的局部自適應功率分配算法LA-TPA，該算法包含拓撲生成階段的目標拓撲生成算法和拓撲維護階段的拓撲自恢復機制。實驗結果表明，路徑衰減指數(shù)和能量控制系數(shù)均對目標拓撲具有顯著的影響，選取適當?shù)哪芰靠刂葡禂?shù)，可以獲得滿足不同應用場景需求的目標拓撲

5、。此外，當路徑衰減指數(shù)和能量控制系數(shù)取值分別為3和1.6時，LA-TPA可以獲得比XTC算法和STC算法性能更加優(yōu)化的目標拓撲。
　　 (4)構建了一種基于節(jié)點功率的能量空洞問題分析模型，使用該模型對當前能量空洞問題緩解策略進行了分析，并在此基礎上提出了一種基于免疫克隆選擇算法的功率控制策略以緩解無線傳感器網(wǎng)絡的能量空洞問題。實驗結果表明，該策略用外部圓環(huán)的能耗損失換取了內(nèi)部圓環(huán)的能耗節(jié)省，有利于緩解能量空洞問題，提高網(wǎng)絡的能耗