異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡生命周期延長的拓撲控制算法研究.pdf

1、由于異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡具有能量有限、能量消耗不均衡等特點，節(jié)點失效有時發(fā)生，節(jié)點失效以及能量耗盡對網(wǎng)絡性能產(chǎn)生嚴重的影響。因此延長網(wǎng)絡生命周期是異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡面臨的主要問題之一。拓撲控制是一種減少節(jié)點能量消耗的重要技術，它通過協(xié)調(diào)節(jié)點的通信功率或者讓部分節(jié)點間斷性地休眠，構(gòu)建具有某些全局特性（如:連通性和容錯性）的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)。拓撲控制技術為無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點失效和能量消耗不均衡的研究提供了一種新的思路。
　　本文針對異構(gòu)無線

2、傳感器網(wǎng)絡骨干網(wǎng)能量消耗過大的特點，基于連通支配集理論構(gòu)建了一種能量消耗均衡的骨干網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，采用睡眠調(diào)度策略節(jié)約節(jié)點的能耗，研究延長網(wǎng)絡生命周期的方法。本文主要工作如下:
　　(1)首先分析了異構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡的特點，闡述無線傳感器網(wǎng)絡面臨的挑戰(zhàn)和拓撲控制技術的意義。然后通過對基于連通支配集的拓撲控制算法進行分析，發(fā)現(xiàn)已有的拓撲控制算法生命周期較短，研究發(fā)現(xiàn)這是由于網(wǎng)絡能量消耗不均衡所導致，由此引出本文的研究內(nèi)容。
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3、2)針對提高骨干網(wǎng)的容錯性，延長網(wǎng)絡生命周期并保持較小骨干網(wǎng)大小的聯(lián)合優(yōu)化問題，提出了一種網(wǎng)絡生命周期模型和一種分布式的基于連通支配集的生命周期延長的容錯拓撲控制算法(TkCDS)。TkCDS算法采用染色算法的思想，綜合考慮了節(jié)點的生命周期和節(jié)點的度，構(gòu)造了一個生命周期延長的容錯骨干網(wǎng)。理論證明TkCDS算法構(gòu)造的骨干網(wǎng)大小有界，并且能夠保證K連通。實驗結(jié)果表明TkCDS算法有效地延長了網(wǎng)絡生命周期并保持較小的骨干網(wǎng)大小。
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4、3)針對TkCDS算法中仍然存在能量消耗不均衡的問題，提出了一種融合功率控制和睡眠調(diào)度兩種拓撲控制策略的生命周期延長的拓撲控制算法(TCDS)。TCDS算法采用最小連通支配集理論來構(gòu)造骨干網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，然后結(jié)合功率控制的思想來減少節(jié)點的能量消耗。理論證明TCDS算法生成的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)具有連通性和骨干網(wǎng)有界性。實驗結(jié)果表明TCDS算法的生命周期比CDS-BD-D的生命周期平均延長了15.3％。
　　(4)基于Eclipse設計了拓撲控