一類無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測性能評價與拓?fù)渲貥?gòu)問題的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network WSN)作為一種便捷的信息獲取和處理手段，其應(yīng)用前景十分廣闊。然而，組成網(wǎng)絡(luò)的各個傳感器節(jié)點通常結(jié)構(gòu)較為簡單、能量有限，在網(wǎng)絡(luò)運行中常因能量耗盡、環(huán)境因素或外界干擾而失效，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測性能下降，對網(wǎng)絡(luò)信息采集的完整性、準(zhǔn)確性和實時性造成影響。針對這一現(xiàn)象，本文研究了節(jié)點失效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測性能評價與拓?fù)渲貥?gòu)問題，主要工作內(nèi)容如下：
　　 (1)針對實際應(yīng)用中無線

2、傳感器網(wǎng)絡(luò)在過程運行中容易出現(xiàn)節(jié)點失效，網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測性能顯著下降的現(xiàn)象，提出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲貥?gòu)問題。以實際應(yīng)用環(huán)境為背景，在分析了規(guī)則拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與隨機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)這兩類典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，給出了所研究的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的基本內(nèi)容，分析了重構(gòu)過程中的關(guān)鍵問題，給出了網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)周期的劃分形式，提出了網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的基本策略。在此基礎(chǔ)上，給出了網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)框架。
　　 (2)研究了一類具有代表性的規(guī)則三角形網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的

3、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點失效情況下的監(jiān)測性能。在分析了該種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上，指出了影響網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測性能的基本因素，進(jìn)而利用特征信息建模的思想從節(jié)點失效的角度給出網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測性能的評價標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)造了建立網(wǎng)路監(jiān)測性能評價模型。討論了模型中各個評價標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系，利用該模型評估不同節(jié)點失效情況下網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測性能的受影響程度。
　　 (3)研究了一類具有代表性的節(jié)點均勻部署的隨機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點失效情況下的監(jiān)測性能。在分析該種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特

4、點的基礎(chǔ)上，指出了影響網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測性能的基本因素，進(jìn)而利用特征信息建模的思想從節(jié)點失效的角度提出了對網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能和連通性能的評價標(biāo)準(zhǔn)，建立了網(wǎng)路監(jiān)測性能評價模型。在此基礎(chǔ)上，分析了隨機失效和惡意入侵兩種節(jié)點失效類型，借助概率統(tǒng)計原理對不同節(jié)點失效類型時的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測性能進(jìn)行仿真分析，找出了節(jié)點失效對網(wǎng)絡(luò)性能影響的規(guī)律，建立了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)目、節(jié)點感知距離、失效節(jié)點數(shù)目等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)之間的關(guān)系式，給出了數(shù)學(xué)描述。
　　 (4)研究了一類具有代

5、表性的規(guī)則三角形網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點失效情況下的重構(gòu)策略。提出了一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲貥?gòu)機制--基于節(jié)點優(yōu)化分配的冗余節(jié)點調(diào)度機制，采用將可移動的休眠冗余節(jié)點移動到失效節(jié)點位置對失效節(jié)點進(jìn)行修復(fù)的方法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。在分析網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能與失效節(jié)點數(shù)目相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，利用整數(shù)規(guī)劃方法和指派分配方法對可移動休眠節(jié)點的分配方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，分別提出了中心式和分布式兩種節(jié)點分配方法，在限制單個移動節(jié)點移動最大距離的情況，使所修復(fù)的失效節(jié)點數(shù)

6、目能夠滿足最低覆蓋要求，同時使得節(jié)點移動的總距離最小。
　　 (5)研究了一類具有代表性的節(jié)點均勻部署的隨機拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點失效情況下的重構(gòu)策略。針對該類隨機網(wǎng)絡(luò)在初始部署時通常存在大量冗余節(jié)點，節(jié)點資源嚴(yán)重浪費的問題，指出了現(xiàn)有方法的不足之處，提出了一種能量均衡的冗余節(jié)點判定算法--ERSS算法，使網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點都自主地調(diào)整自身工作狀態(tài)：一部分保持活躍狀態(tài)以滿足網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測性能的應(yīng)用需求，另一部分轉(zhuǎn)為休眠狀態(tài)以節(jié)約能