本文關(guān)鍵詞：極端環(huán)境下自組織網(wǎng)絡(luò)的拓撲控制與連通恢復(fù)

  更多相關(guān)文章： 極端環(huán)境 自組織網(wǎng)絡(luò) 拓撲控制 連通恢復(fù)

【摘要】：隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,自組織網(wǎng)絡(luò)(ad hoc networks)在我們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪袘?yīng)用越來越廣泛,特別是在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施不可用的極端環(huán)境中,如礦井監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、軍事偵查、水下監(jiān)測、海岸線監(jiān)測和目標(biāo)跟蹤等。容延／容斷網(wǎng)絡(luò)、斷續(xù)連接的移動自組織網(wǎng)絡(luò)、機會性網(wǎng)絡(luò)都可以看作是這種網(wǎng)絡(luò)。但是,極端環(huán)境中的自組織網(wǎng)絡(luò)節(jié)點自身資源有限,在惡劣環(huán)境中易被損壞,且可能移動,從而造成不確定和斷續(xù)的網(wǎng)絡(luò)連接環(huán)境,從而使得數(shù)據(jù)不能及時傳輸,嚴重時甚至?xí)䦟?dǎo)致網(wǎng)絡(luò)分割成若干不相連的孤島。因此如何在極端環(huán)境下實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳輸,對網(wǎng)絡(luò)進行有效的拓撲控制,在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)分割時恢復(fù)連通性非常重要。 本文主要研究極端環(huán)境下自組織網(wǎng)絡(luò)的拓撲控制和連通恢復(fù)問題,面向數(shù)據(jù)路由的需求生成網(wǎng)狀的拓撲結(jié)構(gòu),面向數(shù)據(jù)收集的需求生成樹狀的拓撲結(jié)構(gòu),實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)傳輸;對于極端環(huán)境下遭到嚴重破壞的網(wǎng)絡(luò)作了網(wǎng)絡(luò)連通恢復(fù)方面的研究,部署盡量少的額外節(jié)點連接分割的孤島。本文的主要貢獻如下： (1)面向路由需求提出了一種基于概率的拓撲控制方法,均衡可預(yù)測DTNs的能耗和連接質(zhì)量,以最小能耗代價保證每對節(jié)點間的連接概率最大或達到一個特定的閾值。PDTNs被抽象為三維時空帶權(quán)有向圖,不僅包含時間和空間信息,還包含能耗和連接概率等信息。拓撲控制問題被定義為尋找三維時空帶權(quán)有向圖的子圖并且滿足以下條件：節(jié)點間連接概率最大或滿足一個給定的閾值,且總能耗最小。該問題被證明是NP完全問題,故提出了兩種啟發(fā)式拓撲控制算法,在不同鏈路密度和連接概率閾值情況下作了模擬實驗,對平均連通概率、能耗比、邊數(shù)比等指標(biāo)進行了分析,與已有的算法進行了比較。實驗表明這兩種算法能夠以較低的能耗實現(xiàn)有可靠性保證的數(shù)據(jù)傳輸。 (2)面向數(shù)據(jù)收集需求提出了一種樹形拓撲控制方法,主要考慮了時延和能耗兩個因素,在滿足時延需求的前提下尋找能耗最小且可以將可預(yù)測DTNs中所有節(jié)點的數(shù)據(jù)收集到一個匯聚節(jié)點的生成樹。此方法將PDTNs抽象為時空帶權(quán)有向圖模型,并進一步簡化為簡化融合帶權(quán)有向圖。拓撲控制問題被定義為在時空帶權(quán)有向圖或簡化融合帶權(quán)有向圖中尋找生成樹,該樹要包含網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點且滿足以下條件1)生成樹上的總能耗最小;2)滿足性能需求,主要是時延這一因素。時延通過計算最終找到的生成樹中最深路徑上時間邊的個數(shù)來獲得。該問題也是一個NP完全問題,故分別提出了三種啟發(fā)式算法,并分別基于隨機產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集和實際數(shù)據(jù)集進行了模擬實驗,在不同鏈路密度和時延閾值下基于能耗比、時延等指標(biāo)進行了實驗比較,實驗結(jié)果表明這三種算法在保證數(shù)據(jù)成功傳輸?shù)那疤嵯?大大減小了能耗,縮短了數(shù)據(jù)傳輸時延。 (3)針對極端環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)可能遭到大規(guī)模損壞的情況,提出了一種極端環(huán)境下的基于四邊形斯坦納樹的網(wǎng)絡(luò)連通恢復(fù)方法。在極端環(huán)境下,網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點和通信鏈路常常會失效,致使網(wǎng)絡(luò)被分割為很多分離的分區(qū),通過布置盡量少的中繼節(jié)點實現(xiàn)高健壯性的連通恢復(fù)對于維持網(wǎng)絡(luò)的正常運作必不可少。對于一個被分割的網(wǎng)絡(luò),找到相應(yīng)的位置布置最少中繼節(jié)點恢復(fù)連通是一個NP難題,在實際應(yīng)用中只能采用啟發(fā)式算法。基于四邊形斯坦納樹的網(wǎng)絡(luò)連通恢復(fù)算法首先探測出各分區(qū)并確定各分區(qū)的代表節(jié)點及其位置,然后尋找合適的四邊形連接分割的網(wǎng)絡(luò)分區(qū),確定這些四邊形的斯坦納點；對無法用四邊形連接的各連接部分用三角形斯坦納樹或最小生成樹的方法連接;最后沿著斯坦納樹的邊在相應(yīng)位置布置中繼節(jié)點,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連通的恢復(fù)�；诓渴鸸�(jié)點個數(shù)、平均節(jié)點連通度等指標(biāo)對提出的算法與已有的算法做了比較,仿真實驗表明文中提出的方法能夠減少所需中繼節(jié)點的數(shù)量,恢復(fù)后的拓撲結(jié)構(gòu)節(jié)點的連通度更高,容錯性更好。
【關(guān)鍵詞】：極端環(huán)境 自組織網(wǎng)絡(luò) 拓撲控制 連通恢復(fù)
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 引言11-32
• 1.1 選題背景和研究意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-29
• 1.3 主要研究內(nèi)容29-31
• 1.4 本文的組織結(jié)構(gòu)31-32
• 2 面向路由的拓撲控制32-52
• 2.1 概述32-33
• 2.2 系統(tǒng)模型和問題描述33-40
• 2.3 面向路由的拓撲控制算法40-44
• 2.4 性能評價與分析44-50
• 2.5 本章小結(jié)50-52
• 3 面向數(shù)據(jù)收集的樹形拓撲控制52-67
• 3.1 系統(tǒng)模型和問題描述52-54
• 3.2 面向數(shù)據(jù)收集的樹形拓撲控制算法54-62
• 3.3 性能評價與分析62-66
• 3.4 本章小結(jié)66-67
• 4 極端條件下的網(wǎng)絡(luò)連通恢復(fù)67-87
• 4.1 概述67-68
• 4.2 系統(tǒng)模型68-69
• 4.3 基于四邊形斯坦納樹連通恢復(fù)算法69-82
• 4.4 性能評價與分析82-85
• 4.5 本章小結(jié)85-87
• 5 總結(jié)與展望87-90
• 5.1 本文工作總結(jié)87-88
• 5.2 下一步工作展望88-90
• 致謝90-91
• 參考文獻91-101
• 附錄1 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的主要論文101-102
• 附錄2 博士生期間參與的課題研究情況102

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張學(xué);龔海剛;劉明;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲控制的理論探討[J];計算機科學(xué);2010年10期

2 鄧建良;王景;胡松華;郭建丁;;無線Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的拓撲控制策略[J];無線電通信技術(shù);2011年04期

3 許蒙蒙;楊清海;;局部信息約束下的拓撲控制[J];北京郵電大學(xué)學(xué)報;2014年S1期

4 鄒超偉;;傳感器網(wǎng)絡(luò)層次拓撲控制關(guān)鍵問題研究[J];科技信息;2009年03期

5 陳晶;劉亞斌;劉建東;趙黎;林青云;杜瑞穎;;無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中基于人工免疫的容錯拓撲控制[J];山東大學(xué)學(xué)報(理學(xué)版);2012年09期

6 陳爭寶;陳旺虎;;面向任務(wù)型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓撲控制方法[J];計算機工程;2013年04期

7 張學(xué);陸桑璐;陳貴海;陳道蓄;謝立;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓撲控制[J];軟件學(xué)報;2007年04期

8 卞永釗;于海斌;曾鵬;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的拓撲控制[J];計算機應(yīng)用研究;2008年10期

9 甘從輝;鄭國強;唐盛禹;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓撲控制研究[J];計算機應(yīng)用研究;2009年09期

10 趙學(xué)健;王曉軍;;適用于傳感網(wǎng)的拓撲控制策略β-STC[J];計算機應(yīng)用;2013年S2期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 許蒙蒙;楊清海;;局部信息約束下的拓撲控制[A];2013年全國通信軟件學(xué)術(shù)會議論文集[C];2013年

2 胡貴龍;鄭寶龍;;MANET中基于拓撲控制的節(jié)能策略[A];現(xiàn)代通信理論與信號處理進展——2003年通信理論與信號處理年會論文集[C];2003年

3 董明杰;裴慶祺;樓順天;;基于網(wǎng)格的Voronoi無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成簇拓撲控制[A];2006全國復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2006年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 李銘;拓撲控制[N];計算機世界;2004年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 譚倩;能量獲取無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由及拓撲控制優(yōu)化研究[D];重慶大學(xué);2015年

2 田一鳴;無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)拓撲控制優(yōu)化及應(yīng)用研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2015年

3 陳洪生;極端環(huán)境下自組織網(wǎng)絡(luò)的拓撲控制與連通恢復(fù)[D];華中科技大學(xué);2015年

4 張建輝;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲控制研究[D];浙江大學(xué);2008年

5 沈耀;無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的拓撲控制[D];上海交通大學(xué);2007年

6 周坤曉;無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中訪問點部署與拓撲控制的研究[D];武漢大學(xué);2012年

7 向毅;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量平衡的拓撲控制研究[D];重慶大學(xué);2010年

8 熊書明;可生存的傳感網(wǎng)拓撲控制方法研究[D];江蘇大學(xué);2011年

9 孫超;基于拓撲控制的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能與容錯算法研究[D];燕山大學(xué);2010年

10 賀鵬;移動Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)中路由與拓撲控制技術(shù)的研究[D];西安電子科技大學(xué);2007年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊海俊;基于QoS的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓撲控制的研究[D];上海師范大學(xué);2015年

2 宋鑫;Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)拓撲控制與實現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2015年

3 任新波;基于進化計算的Ad Hoc拓撲控制研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年

4 黃晨程;基于博弈論的UWSNs拓撲控制技術(shù)研究[D];南京郵電大學(xué);2015年

5 羅締;實時應(yīng)用場景中的WSNs拓撲控制與路由算法研究[D];南昌航空大學(xué);2015年

6 于博洋;基于發(fā)射功率調(diào)整的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓撲控制[D];南開大學(xué);2009年

7 趙琳;面向干擾優(yōu)化的傳感網(wǎng)拓撲控制[D];北京林業(yè)大學(xué);2015年

8 沈自偉;無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的接入點部署與拓撲控制研究[D];電子科技大學(xué);2013年

9 魏亞青;Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)拓撲控制及其分簇研究[D];中南大學(xué);2009年

10 吳志斌;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)拓撲控制研究[D];河南大學(xué);2009年

，

本文編號：1065863