基于复杂网络的WSN拓扑演化研究

发布时间：2017-04-15 20:13

  本文关键词：基于复杂网络的WSN拓扑演化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是由大量微型传感器节点组成的多跳无线自组织网络,其拓扑生成机制及自组织演化算法作为连通与覆盖、拓扑控制、路由及定位等WSN关键技术研究的基础,一直受到学者的广泛关注。利用复杂网络理论对WSN拓扑结构动态特性进行研究分析是现阶段该领域热点课题。本文首先介绍了复杂网络的特征度量参数及几类最基本网络模型,阐释了WSN拓扑所具有的复杂网络特征,将复杂网络理论的相关应用引入到WSN拓扑演化研究当中。进而立足于复杂网络理论的概念和原理,对WSN拓扑演化的生成机制和自组织演化模型进行探究,构建出性能优化的网络拓扑,主要创新及工作成果如下:1.构建了基于节点能量水平的WSN加权无标度拓扑演化模型。节点能量是影响WSN拓扑结构的关键因素,同时复杂网络中度分布服从幂律形式的无标度网络拓扑对节点随机失效具有极强的容错能力,因而以无标度网络模型为基础来构建具有能耗均衡效应的WSN拓扑结构,极具实际意义。本文以加权无标度(BBV)模型为基础,创新性的构建节点能量水平模型,得到节点能量水平受节点剩余能量和传输路径长度影响,将两端节点能量水平乘积作为构建拓扑的边权值,得到一种基于节点能量水平的加权无标度拓扑(Energy Level BBV,EL-BBV)模型。通过理论推导,证明EL-BBV模型的点权、节点度及边权均服从幂律分布,具有无标度网络的容错性,同时通过MATLAB仿真验证了该理论推导的正确性;利用MATLAB仿真,验证EL-BBV模型相较于已有的BA、BBV及EAEM模型,在随机删除16个节点后,网络中存活节点数目仍保持在1/3以上,容错性更强;在拓扑运行1000轮之后EL-BBV模型节点能量水平更为集中,差异较小,相较于另外三种模型而言网络能耗更为均衡,有效的延长了网络生命周期。该拓扑演化模型的构建及相应仿真分析,为基于无标度网络的WSN拓扑研究提供了有益探索。2.构建了基于节点能量水平的WSN局域世界双向演化拓扑模型。实际应用中的WSN由于节点本身的局限性,仅与其邻域内相邻节点进行信息交互,网络拓扑演化符合局域世界演化规律。本文立足于已有的相关研究,综合WSN中局域世界的拓扑演化、节点能量水平以及节点和链路有增有减的双向动态变化因素,在无标度网络拓扑演化的连接策略上充分考虑了随机加点、随机去点,随机去边等因素,创新性的引入能量择优增长和反择优剔除机制,构建出一种基于节点能量水平的WSN局域世界双向演化拓扑模型。通过平均场理论对该模型的度分布进行深入的分析和解释,利用MATLAB仿真验证了模型的度分布同样具有相似于无标度网络的无标度特质;对取不同局域世界规模和剔除概率情况下的模型进行仿真,分析模型拓扑结构特性;最后对不同局域世界规模下的网络能耗指标进行了仿真分析,给出了对网络能效有明显影响效果的局域世界规模区间。该拓扑演化模型的构建及相应仿真分析为实际应用中遵循局域世界演化规律的WSN拓扑研究提供了有益探索。
【关键词】：无线传感器网络 拓扑演化 复杂网络 无标度网络 节点能量水平
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究的背景及意义11-12
• 1.2 无线传感器网络概述12-15
• 1.2.1 无线传感器网络结构12-13
• 1.2.2 无线传感器网络的特点与性能指标13-15
• 1.3 无线传感器网络的拓扑结构15-16
• 1.4 论文主要工作与组织结构16-19
• 第2章 复杂网络及无线传感器网络拓扑演化19-35
• 2.1 复杂网络概述19-24
• 2.1.1 复杂网络的提出19
• 2.1.2 复杂网络研究内容19-21
• 2.1.3 复杂网络的图表达21
• 2.1.4 复杂网络特征参数21-24
• 2.2 复杂网络基本演化模型24-32
• 2.2.1 规则网络25-26
• 2.2.2 随机网络26-27
• 2.2.3 小世界网络27-29
• 2.2.4 无标度网络29-32
• 2.3 无线传感器网络拓扑演化的复杂性32-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第3章 基于节点能量水平的WSN加权无标度拓扑演化分析35-47
• 3.1 节点能量水平建模36
• 3.2 EL-BBV模型的构建36-38
• 3.3 EL-BBV模型基本特性研究38-42
• 3.3.1 点权特性研究38-40
• 3.3.2 节点度特性研究40-41
• 3.3.3 边权特性研究41-42
• 3.4 仿真实验及分析42-46
• 3.4.1 EL-BBV模型节点度、点权及边权特性分析42-44
• 3.4.2 容错性分析44
• 3.4.3 能耗均衡性分析44-45
• 3.4.4 网络生命周期比较分析45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第4章 基于节点能量水平的WSN局域世界双向演化拓扑分析47-59
• 4.1 局域世界演化模型介绍47-48
• 4.2 基于节点能量水平的WSN局域世界双向演化拓扑模型48-49
• 4.3 模型理论分析49-51
• 4.4 模型的仿真及分析51-56
• 4.4.1 网络度分布解析52-54
• 4.4.2 网络直径解析54-55
• 4.4.3 网络能量分析55-56
• 4.5 本章小结56-59
• 第5章 总结与展望59-61
• 5.1 总结59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-67
• 作者简介及科研成果67-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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1 刘明;无线传感器网络的资源异构及能效管理研究[D];华中科技大学;2009年

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本文编号：309164