基于博弈论的无线传感器关键节点分簇算法研究

发布时间：2017-10-15 09:38

  本文关键词：基于博弈论的无线传感器关键节点分簇算法研究

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【摘要】：随着无线传感器网络的迅猛发展,无线传感器路由技术也在不断进步。各种新算法不断提出,这不仅丰富了无线传感器网络领域内容,也在不断的尝试去解决无线传感器网络中的重要难题——节点的能量消耗问题。从最早的洪泛法到之后的分簇路由,他们都试图用各种方法减少节点能量的消耗,均衡整个无线网络的能量负载。它们都对无线传感网络的发展起到了重要的作用。在无线传感器网络中,能量的消耗并不是唯一重要的问题,在无线传感器网络实际的工作过程中,网络覆盖区域内的信息的判断也是无线传感器网络的工作重点。比如说当网络区域内的信息有区域性和随机性等特点时,信息在某些区域内会比其在其他些区域发生变化的可能性更大,节点在这些区域内接受到的信息的变化频度更大。无线传感器网络的作用就是监测信息数据的变化,所以在这种情况下节点的重要性是不同的,接受到信息数据变化的节点的重要性比接受到信息数据不变的节点大,用户可能会重点关注这些变化的节点。例如监测类的无线传感器网络就会有重点关注某些区域和节点。而且在网络区域中可能会有人为的感兴趣的区域,用户对某些区域的信息数据重点关注,希望在这些区域内的节点能尽可能长的进行监测任务,这样这些区域内的节点的重要性就会比其他区域的重要性要大。但是一般的无线传感器网络路由算法无法判断一个节点采集的信息是否重要,也无法判断某个节点重要性的大小,他将所有的节点一视同仁(这也是路由协议能够进行能量均衡的前提)。路由算法忽略节点的重要性问题就会导致在无线传感器网络生存末期某些重要区域内的节点会因算法随机的死亡,一些重要的信息因节点死亡而无法被采集。为了解决这一问题,本文提出无线传感器网络关键信息节点的概念,以此表示那些采集重要信息的节点。并且赋予网络中每个节点重要性权值,用来表示该节点在传感器网络传递重要信息时的重要程度,并将关键信息节点的重要性权值设置为较高,用来重点保护节省其能量消耗。但保护关键信息节点意味着它将很难成为簇首节点,并且为了节省其能量消耗,它们与簇首节点的距离会很近,这必定会打乱原无线传感器网络的最优拓扑结构,造成能量的浪费和个别节点的快速消亡,所以为了协调问题,本文提出了一种新的基于关键信息节点的博弈分簇改进算法,节点之间通过博弈使它们在能量消耗、信息收益和重要性权值方面达到均衡,信息收益与关键信息节点成正比关系,它是关键信息节点所接受的突变的信息。这样选择最优的博弈策略就可以做到在保护关键信息节点的同时尽量的减少网络能量的消耗。而且,这样也可以将节点的信息加入到路由算法的选择中,使无线传感器网络的路由选择具有灵活性和高效性,具有一定的意义。本文最后通过matlab仿真无线传感器网络,通过实验对比了一般路由算法和改进的博弈分簇算法在无线传感器网络中对个别区域的影响,发现新方法虽然在无线传感器网络整体的能量消耗有所提高,致使个别节点的生存周期较短,但是它能很好的保存住关键信息节点的能量,使他们比其他节点的生存周期更长,并且整个网络的能量消耗与其他算法能量消耗差距不大,具有十分重要的意义。
【关键词】：无线传感器网络 关键信息节点 节点重要性参数 博弈论
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5;O225
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 研究背景及研究意义9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.3 本文的主要工作和创新11
• 1.4 论文结构安排11-13
• 第2章 相关理论知识13-23
• 2.1 无线传感器网络介绍13-15
• 2.1.1 无线传感器网络体系结构13-14
• 2.1.2 无线传感器节点结构14
• 2.1.3 WSNs特征以及路由特征14-15
• 2.2 无线传感器路由协议15-19
• 2.2.1 平面路由16-17
• 2.2.2 分簇路由17-19
• 2.3 博弈论及纳什均衡19-21
• 2.4 本章小结21-23
• 第3章 无线传感器网络信息区域23-29
• 3.1 区域信息特性23-24
• 3.2 关键区域和关键信息节点24-26
• 3.3 信息收益权重26
• 3.4 关键区域和节点的意义26
• 3.5 本章小结26-29
• 第4章 基于博弈论的节点分簇算法29-39
• 4.1 博弈分簇在WSNs中的应用29-31
• 4.2 基于博弈论的关键节点分簇算法31-36
• 4.2.1 节点重要性33-35
• 4.2.2 收益和支出35-36
• 4.3 博弈过程36-38
• 4.4 本章小结38-39
• 第5章 实验及分析39-45
• 5.1 无线传感器网络区域仿真39
• 5.2 实验过程39-44
• 5.3 本章小结44-45
• 第6章 总结和展望45-47
• 6.1 总结45
• 6.2 展望45-47
• 参考文献47-53
• 致谢53-55
• 硕士期间发表的论文55

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 李慧芳;姜胜明;韦岗;;无线传感器网络中基于博弈论的路由建模[J];传感技术学报;2007年09期

2 胡静;沈连丰;;基于博弈论的无线传感器网络分簇路由协议[J];东南大学学报(自然科学版);2010年03期

3 张衡阳;樊玮虹;王玲;周东翔;;一种实时可靠的移动无线传感器网络贪婪地理路由协议[J];计算机研究与发展;2009年05期

4 衷柳生;程良伦;;基于博弈论的无线传感器网络非均匀分簇路由算法[J];计算机应用研究;2009年05期

5 赵昕;张新;;基于博弈论的无线传感器网络簇间路由选择算法[J];计算机应用;2013年07期

6 许东菊;郑明春;;无线传感器网络分簇路由算法研究与改进[J];网络安全技术与应用;2012年10期

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本文编号：1036415