基于拓撲控制與信道分配的無線傳感網(wǎng)性能優(yōu)化算法研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是物聯(lián)網(wǎng)遠景規(guī)劃中重要的組成部分，在軍事、環(huán)境、醫(yī)療和交通等諸多領域都潛在著巨大的應用價值，成為當前信息領域研究的熱點之一。鑒于其能量有限、以數(shù)據(jù)為中心等特點，無線傳感器網(wǎng)絡需盡可能地確保能量有效利用和數(shù)據(jù)可靠傳輸。而優(yōu)化的底層拓撲結構與信道使用情況能達到提高網(wǎng)絡鏈路質量、降低網(wǎng)絡能耗、減小網(wǎng)絡干擾的目的，實現(xiàn)提高能量效率與確保網(wǎng)絡數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)男Ч?。因此，研究高效的拓撲與信道算法以優(yōu)化網(wǎng)絡性能具有一定的理論和實際意義，本

2、課題基于拓撲控制與信道分配開展了無線傳感器網(wǎng)絡性能優(yōu)化算法的研究，具體研究工作如下。
　　在拓撲模型和信道模型研究基礎上，本文一方面從鏈路穩(wěn)定性和容錯性的需求出發(fā)建立拓撲擇優(yōu)連接概率模型，從均衡網(wǎng)絡負載的性能需求出發(fā)建立基于負載均衡的拓撲優(yōu)化模型，另一方面從信道分配對拓撲的影響規(guī)律入手建立基于拓撲重要節(jié)點的抗干擾信道優(yōu)化模型，從而為后續(xù)具有穩(wěn)定鏈路的拓撲優(yōu)化算法、負載均衡的拓撲優(yōu)化算法以及高效的信道優(yōu)化算法的設計提供指導思想和理論

3、依據(jù)。
　　針對網(wǎng)絡鏈路不穩(wěn)定的問題，借助復雜網(wǎng)絡理論提出一種冪律可調的無標度容錯拓撲優(yōu)化算法(APSL)。該算法通過采用接收信號強度指示度量鏈路上的信息傳輸質量，可以避免不穩(wěn)定通信鏈路的構建。進而利用節(jié)點批量到達的增長規(guī)則和基于鏈路質量的擇優(yōu)連接規(guī)則構建拓撲，通過調節(jié)拓撲參數(shù)演化出冪率指數(shù)在(1,+∞)變化的拓撲結構，實現(xiàn)了對不同節(jié)點失效的容忍要求。
　　針對節(jié)點負載不均衡導致網(wǎng)絡生命期降低的問題，從節(jié)點能量和發(fā)射功率對節(jié)

4、點負載的影響入手建立負載均衡評價模型，提出一種兼顧節(jié)點適應度和節(jié)點效率的分布式拓撲優(yōu)化算法(TOLB)。該算法采用李雅普諾夫第二法證明了負載均衡評價模型是穩(wěn)定的，進而以節(jié)點發(fā)射功率為拓撲調節(jié)因子，利用評價值穩(wěn)定和分布式的要求構建拓撲，減小了節(jié)點能耗、均衡了負載、延長了網(wǎng)絡生命期。
　　針對單信道網(wǎng)絡常常因信道沖突造成通信干擾嚴重的問題，引入多信道分配技術提出一種基于博弈的信道優(yōu)化算法(ACBR)。該算法通過構建拓撲重要節(jié)點評價模型