本文關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中拓撲控制算法的研究

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【摘要】：無線傳感網(wǎng)[1]的應(yīng)用日益廣泛，本文在眾多學(xué)者研究的基礎(chǔ)上，分別對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的拓撲控制算法進行了系統(tǒng)的介紹，同時還對現(xiàn)今受關(guān)注度比較高的新穎模型——元胞自動機進行了詳細的介紹，基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)和元胞自動機的相似特性，將元胞自動機應(yīng)用于模擬無線傳感網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)整體行為受到眾多國內(nèi)外學(xué)者的極大關(guān)注。 本文闡述了傳統(tǒng)的分簇拓撲控制算法的弊端，同時介紹了非分簇的拓撲控制算法CATCA。CATCA算法雖然對傳感器節(jié)點之間的通信方式、節(jié)點狀態(tài)及節(jié)點能量這三個方面進行了優(yōu)化，但是其未考慮到當(dāng)節(jié)點同時滿足能量和標(biāo)志值時狀態(tài)的改變。在此基礎(chǔ)上，本文提出了改進后的拓撲控制算法NCATCA，該算法在算法CATCA基礎(chǔ)上對每個傳感器節(jié)點添加了活動鄰居節(jié)點計數(shù)器，用來在每個時步內(nèi)統(tǒng)計中心節(jié)點周圍鄰居節(jié)點中活動節(jié)點的數(shù)目，為節(jié)點狀態(tài)的更改做準(zhǔn)備，同時對節(jié)點的能量計算重新進行了定義，并給出了計算公式，該公式更均衡的考慮到兩種狀態(tài)節(jié)點之間通信的能耗。這樣，在每次激活休眠節(jié)點時不僅僅根據(jù)元胞自動機的狀態(tài)更新規(guī)則，同時兼顧節(jié)點自身剩余能量，從而更好的延長網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)時間。 本文還研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓撲維護協(xié)議，無線傳感網(wǎng)的拓撲維護基本思想都是通過一定的調(diào)度機制將當(dāng)前時步未參與到網(wǎng)絡(luò)通信活動中的節(jié)點置于休眠狀態(tài)，并周期性的將其喚醒，同時將活動節(jié)點置為休眠狀態(tài)，來達到節(jié)能的目的。在分析了傳統(tǒng)的拓撲維護協(xié)議基礎(chǔ)上，提出了基于元胞自動機的拓撲維護協(xié)議BCATCM，該協(xié)議將拓撲維護過程分為4個階段進行，并給出了每個階段的構(gòu)建過程及詳細描述，另外本文還將數(shù)學(xué)理論中的泰森多邊形應(yīng)用到無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)節(jié)點之間構(gòu)建出來的虛擬多邊形，通過泰森多邊形的性質(zhì)來判斷相鄰節(jié)點之間是否是通信可達的，此外在拓撲維護過程中，將元胞自動機模型與此理論結(jié)合，在整個拓撲維護構(gòu)建過程中，能更均衡的選擇節(jié)點來延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期。 另外，本文將無線傳感網(wǎng)絡(luò)中傳統(tǒng)的節(jié)點功率控制技術(shù)和元胞自動機模型結(jié)合在一起，提出了基于元胞自動機的功率控制算法PCBCA，該算法以中心節(jié)點的鄰居節(jié)點數(shù)目作為計算中心節(jié)點發(fā)射半徑的核心依據(jù)，隨著鄰居節(jié)點的數(shù)目變化，動態(tài)的調(diào)整中心節(jié)點的發(fā)射半徑，同時根據(jù)元胞自動機節(jié)點狀態(tài)更新規(guī)則及節(jié)點自身剩余能量的判定將冗余覆蓋的節(jié)點置為休眠狀態(tài)，來達到節(jié)能和延長網(wǎng)絡(luò)生命周期的目的。 本文最后分別對這三個算法進行了實驗?zāi)M，從節(jié)點能量損耗、網(wǎng)絡(luò)生存時間、網(wǎng)絡(luò)覆蓋度、網(wǎng)絡(luò)中存活節(jié)點數(shù)量隨時間變化關(guān)系等方面與現(xiàn)存算法進行了對比，并以實驗對比數(shù)據(jù)為依據(jù)，，說明這些算法在相應(yīng)性能指標(biāo)上取得的優(yōu)化，提高了網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)性能。
【關(guān)鍵詞】：元胞自動機 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 拓撲控制
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 研究背景11
• 1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡介11-15
• 1.2.1 無線傳感器的發(fā)展史12
• 1.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點12-13
• 1.2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的功能13
• 1.2.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用13-14
• 1.2.5 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 元胞自動機理論15-18
• 1.3.1 元胞自動機簡介15
• 1.3.2 元胞自動機的特征15-16
• 1.3.3 元胞自動機的結(jié)構(gòu)16-17
• 1.3.4 元胞自動機發(fā)展史17-18
• 1.3.5 元胞自動機的應(yīng)用18
• 1.4 本章小結(jié)18-19
• 1.5 本文的組織結(jié)構(gòu)19-20
• 第2章 基于 CA 的拓撲控制算法-NCATCA20-31
• 2.1 拓撲控制基礎(chǔ)20-21
• 2.1.1 拓撲控制重要性20
• 2.1.2 拓撲控制過程20-21
• 2.1.3 拓撲控制研究分類21
• 2.2 現(xiàn)有的拓撲控制算法21-25
• 2.2.1 拓撲控制算法性能的評價指標(biāo)22
• 2.2.2 傳統(tǒng)的分簇拓撲控制算法的弊端22-23
• 2.2.3 基于 CA 的無線傳感網(wǎng)拓撲控制23
• 2.2.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的元胞自動機模型23-24
• 2.2.5 非分簇的拓撲控制方法24-25
• 2.3 基于 CA 的改進拓撲控制算法-NCATCA25-29
• 2.3.1 相關(guān)定義25-26
• 2.3.2 算法的改進過程26-29
• 2.4 NCATCA 算法流程29-30
• 2.5 本章小結(jié)30-31
• 第3章 基于元胞自動機的拓撲維護協(xié)議 BCATCM31-40
• 3.1 拓撲維護基礎(chǔ)31-34
• 3.1.1 傳統(tǒng)的拓撲維護協(xié)議31
• 3.1.2 拓撲維護設(shè)計目標(biāo)31-32
• 3.1.3 拓撲維護模型32-34
• 3.2 拓撲維護協(xié)議-BCATCM34-39
• 3.2.1 相關(guān)定義34-36
• 3.2.2 節(jié)點可達判斷36
• 3.2.3 節(jié)點信息收集36-37
• 3.2.4 拓撲構(gòu)建37-38
• 3.2.5 拓撲維護38-39
• 3.3 本章小結(jié)39-40
• 第4章 基于元胞自動機的功率控制算法 PCBCA40-47
• 4.1 相關(guān)模型40-41
• 4.1.1 網(wǎng)絡(luò)模型40
• 4.1.2 能耗模型40-41
• 4.2 算法描述41-43
• 4.2.1 相關(guān)定義41
• 4.2.2 計算能耗41
• 4.2.3 確定功率41-42
• 4.2.4 狀態(tài)轉(zhuǎn)換42-43
• 4.3 算法流程43-46
• 4.3.1 能耗計算流程43-44
• 4.3.2 確定功率流程44-45
• 4.3.3 狀態(tài)調(diào)整流程45-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 第5章 實驗?zāi)M47-55
• 5.1 實驗環(huán)境及初始設(shè)置47
• 5.2 NCATCA 算法47-49
• 5.3 BCATCM 算法49-53
• 5.4 PCBCA 算法53-55
• 第6章 總結(jié)與展望55-57
• 6.1 總結(jié)55-56
• 6.2 展望56-57
• 參考文獻57-60
• 作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果60-61
• 致謝61

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 王睿;梁彥;潘泉;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的蟻群自組織算法[J];電子學(xué)報;2007年09期

2 張文鑄;劉佳;張林;袁堅;山秀明;;無線傳感網(wǎng)絡(luò)的非分簇拓撲控制方法研究[J];計算機科學(xué);2010年02期

3 康一梅;李志軍;胡江;董吉昌;;一種低能耗層次型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲控制算法[J];自動化學(xué)報;2010年04期

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本文編號：594669