無線傳感器網(wǎng)絡(luò)三維分簇及動力學(xué)演化機制研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks,WSNs）是新興的信息獲取與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，被列為21世紀最有影響的世紀技術(shù)和改變世界的十大技術(shù)之一，是物聯(lián)網(wǎng)底層的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著近些年來迅猛發(fā)展的嵌入式技術(shù)、計算機技術(shù)以及無線通信技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不斷向著節(jié)點微型化、低功耗和多功能的方向發(fā)展，擁有了廣闊的應(yīng)用空間，例如它在軍事國防、環(huán)境監(jiān)測、交通運輸、公共衛(wèi)生、智能家居等領(lǐng)域的應(yīng)用。但是隨著其應(yīng)用的廣度和深度日益增加，

2、出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)需從二維平面向三維空間擴展、網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點能量消耗過快以及網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)抗毀與容錯性不強等新的問題。
　　復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論作為一項新興的研究工具，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，受到了越來越多的研究人員關(guān)注。本文是以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)為研究工具，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)動力學(xué)演化機制與行為進行了深入分析和研究，建立了一系列的網(wǎng)絡(luò)自組織演化模型，并對模型的多種動力學(xué)特征進行研究和探討，嘗試解決大規(guī)模WSNs中出現(xiàn)的新問題。
　　本文主要研究

3、內(nèi)容如下：
　　（1）提出了基于能量和距離的三維無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)分簇算法。
　　基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在隧道安全監(jiān)測中的實際應(yīng)用，針對經(jīng)典的LEACH算法，提出了可以適用于三維空間，基于能量和距離的自適應(yīng)分簇（3D-EDAC）算法。該算法考慮到節(jié)點的剩余能量和節(jié)點到基站的距離等因素，尋求最優(yōu)簇頭節(jié)點數(shù)目，并對分簇過程和通信模式進行了優(yōu)化改進。實驗結(jié)果表明，本文所提出的3D-EDAC算法能夠較好的適用于三維空間，并且節(jié)能效果顯

4、著，從而使得網(wǎng)絡(luò)擁有了更長的生存時間。
　　（2）提出了一種具備可自調(diào)節(jié)吸引因子的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)演化模型
　　由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能量和通信范圍有限，首先將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的局域世界模型引入到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)演化過程中，并基于節(jié)點間的距離和節(jié)點自身的剩余能量，構(gòu)成了可自調(diào)節(jié)的吸引因子，實現(xiàn)了對新加入的節(jié)點進行擇優(yōu)連接的效果。理論解析和數(shù)值仿真表明，該模型能夠降低網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵節(jié)點的連接度，避免了關(guān)鍵節(jié)點由于維持過多連接而導(dǎo)致的能耗過大問題，從

5、而保證了對應(yīng)節(jié)點具有更長的生存時間，同時維持了網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的冪律特征，提高了網(wǎng)絡(luò)的抗毀性。
　　（3）提出了一種點強受限的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)加權(quán)演化模型
　　加權(quán)網(wǎng)絡(luò)中的邊權(quán)和點強，對于研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間數(shù)據(jù)流的大小以及網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點和路徑具有重要的意義。在經(jīng)典BBV網(wǎng)絡(luò)演化模型的基礎(chǔ)上，引入了點強受限機制，提出了一種點強受限的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)加權(quán)演化模型（SCW），該模型不但能保持權(quán)值的動態(tài)增長，還能對節(jié)點的點強進行限