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基于拓?fù)淇刂婆c信道分配的無(wú)線傳感網(wǎng)性能優(yōu)化算法研究

發(fā)布時(shí)間:2017-04-11 13:14

  本文關(guān)鍵詞:基于拓?fù)淇刂婆c信道分配的無(wú)線傳感網(wǎng)性能優(yōu)化算法研究,,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。


【摘要】:無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)景規(guī)劃中重要的組成部分,在軍事、環(huán)境、醫(yī)療和交通等諸多領(lǐng)域都潛在著巨大的應(yīng)用價(jià)值,成為當(dāng)前信息領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。鑒于其能量有限、以數(shù)據(jù)為中心等特點(diǎn),無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)需盡可能地確保能量有效利用和數(shù)據(jù)可靠傳輸。而優(yōu)化的底層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與信道使用情況能達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)能耗、減小網(wǎng)絡(luò)干擾的目的,實(shí)現(xiàn)提高能量效率與確保網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)男Ч。因?研究高效的拓?fù)渑c信道算法以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能具有一定的理論和實(shí)際意義,本課題基于拓?fù)淇刂婆c信道分配開(kāi)展了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化算法的研究,具體研究工作如下。在拓?fù)淠P秃托诺滥P脱芯炕A(chǔ)上,本文一方面從鏈路穩(wěn)定性和容錯(cuò)性的需求出發(fā)建立拓?fù)鋼駜?yōu)連接概率模型,從均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的性能需求出發(fā)建立基于負(fù)載均衡的拓?fù)鋬?yōu)化模型,另一方面從信道分配對(duì)拓?fù)涞挠绊懸?guī)律入手建立基于拓?fù)渲匾?jié)點(diǎn)的抗干擾信道優(yōu)化模型,從而為后續(xù)具有穩(wěn)定鏈路的拓?fù)鋬?yōu)化算法、負(fù)載均衡的拓?fù)鋬?yōu)化算法以及高效的信道優(yōu)化算法的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)思想和理論依據(jù)。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)鏈路不穩(wěn)定的問(wèn)題,借助復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論提出一種冪律可調(diào)的無(wú)標(biāo)度容錯(cuò)拓?fù)鋬?yōu)化算法(APSL)。該算法通過(guò)采用接收信號(hào)強(qiáng)度指示度量鏈路上的信息傳輸質(zhì)量,可以避免不穩(wěn)定通信鏈路的構(gòu)建。進(jìn)而利用節(jié)點(diǎn)批量到達(dá)的增長(zhǎng)規(guī)則和基于鏈路質(zhì)量的擇優(yōu)連接規(guī)則構(gòu)建拓?fù)?通過(guò)調(diào)節(jié)拓?fù)鋮?shù)演化出冪率指數(shù)在(1,+∞)變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同節(jié)點(diǎn)失效的容忍要求。針對(duì)節(jié)點(diǎn)負(fù)載不均衡導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)生命期降低的問(wèn)題,從節(jié)點(diǎn)能量和發(fā)射功率對(duì)節(jié)點(diǎn)負(fù)載的影響入手建立負(fù)載均衡評(píng)價(jià)模型,提出一種兼顧節(jié)點(diǎn)適應(yīng)度和節(jié)點(diǎn)效率的分布式拓?fù)鋬?yōu)化算法(TOLB)。該算法采用李雅普諾夫第二法證明了負(fù)載均衡評(píng)價(jià)模型是穩(wěn)定的,進(jìn)而以節(jié)點(diǎn)發(fā)射功率為拓?fù)湔{(diào)節(jié)因子,利用評(píng)價(jià)值穩(wěn)定和分布式的要求構(gòu)建拓?fù)?減小了節(jié)點(diǎn)能耗、均衡了負(fù)載、延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)生命期。針對(duì)單信道網(wǎng)絡(luò)常常因信道沖突造成通信干擾嚴(yán)重的問(wèn)題,引入多信道分配技術(shù)提出一種基于博弈的信道優(yōu)化算法(ACBR)。該算法通過(guò)構(gòu)建拓?fù)渲匾?jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)模型度量網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的重要程度,進(jìn)而反映信道分配對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞挠绊。然后結(jié)合路徑增益、節(jié)點(diǎn)剩余能量和拓?fù)渲匾?jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)模型,提出信道分配的博弈模型。在此基礎(chǔ)上引入最佳回應(yīng)策略保證該算法能夠收斂到納什均衡,實(shí)現(xiàn)降低干擾、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)連通生命期的優(yōu)化目標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】:無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)淇刂?/strong> 信道分配 優(yōu)化算法 穩(wěn)定鏈路 負(fù)載均衡
【學(xué)位授予單位】:燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2015
【分類號(hào)】:TN929.5;TP212.9
【目錄】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-13
  • 第1章 緒論13-27
  • 1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述13-14
  • 1.2 課題研究背景及意義14-16
  • 1.3 WSNS拓?fù)渑c信道優(yōu)化算法研究現(xiàn)狀16-25
  • 1.3.1 拓?fù)淇刂扑惴ㄑ芯楷F(xiàn)狀17-20
  • 1.3.2 信道分配算法研究現(xiàn)狀20-23
  • 1.3.3 存在的問(wèn)題及研究趨勢(shì)23-25
  • 1.4 論文的主要研究?jī)?nèi)容25-27
  • 第2章 WSNs拓?fù)渑c信道優(yōu)化模型分析與建立27-49
  • 2.1 引言27-28
  • 2.2 WSNS拓?fù)渑c信道模型分析28-41
  • 2.2.1 面向穩(wěn)定鏈路的拓?fù)淠P头治?/span>28-31
  • 2.2.2 面向負(fù)載均衡的拓?fù)淠P头治?/span>31-34
  • 2.2.3 面向抗干擾的多信道模型分析34-41
  • 2.3 WSNS拓?fù)渑c信道優(yōu)化模型建立41-48
  • 2.3.1 基于穩(wěn)定鏈路的拓?fù)鋼駜?yōu)連接概率模型建立41-43
  • 2.3.2 基于負(fù)載均衡的拓?fù)鋬?yōu)化模型建立43-45
  • 2.3.3 基于拓?fù)渲匾?jié)點(diǎn)的抗干擾信道優(yōu)化模型建立45-48
  • 2.4 本章小結(jié)48-49
  • 第3章 基于穩(wěn)定鏈路的WSNs拓?fù)鋬?yōu)化算法49-69
  • 3.1 引言49-50
  • 3.2 基于擇優(yōu)連接的拓?fù)溲莼P徒?/span>50-58
  • 3.2.1 穩(wěn)定鏈路度量指標(biāo)51-53
  • 3.2.2 容錯(cuò)拓?fù)溲莼P?/span>53-56
  • 3.2.3 基于穩(wěn)定鏈路的容錯(cuò)拓?fù)溲莼P?/span>56-58
  • 3.3 基于演化模型的拓?fù)鋬?yōu)化算法APSL58-63
  • 3.3.1 APSL算法設(shè)計(jì)58-60
  • 3.3.2 APSL算法性能分析60-63
  • 3.4 仿真驗(yàn)證63-68
  • 3.5 本章小結(jié)68-69
  • 第4章 基于負(fù)載均衡評(píng)價(jià)模型的WSNs拓?fù)鋬?yōu)化算法69-93
  • 4.1 引言69-70
  • 4.2 負(fù)載均衡評(píng)價(jià)模型70-81
  • 4.2.1 負(fù)載均衡問(wèn)題分析70-72
  • 4.2.2 負(fù)載均衡評(píng)價(jià)模型建立72-77
  • 4.2.3 負(fù)載均衡評(píng)價(jià)模型分析77-81
  • 4.3 基于負(fù)載均衡評(píng)價(jià)模型的拓?fù)鋬?yōu)化算法TOLB81-86
  • 4.3.1 TOLB算法設(shè)計(jì)81-85
  • 4.3.2 TOLB算法性能分析85-86
  • 4.4 仿真實(shí)驗(yàn)86-92
  • 4.5 本章小結(jié)92-93
  • 第5章 基于拓?fù)渲匾?jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)模型的WSNs信道優(yōu)化算法93-117
  • 5.1 引言93-94
  • 5.2 拓?fù)渲匾?jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)模型94-97
  • 5.2.1 拓?fù)渲匾?jié)點(diǎn)問(wèn)題分析94-95
  • 5.2.2 拓?fù)渲匾?jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)模型建立95-97
  • 5.3 基于拓?fù)渲匾?jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)的信道分配博弈模型97-103
  • 5.3.1 信道分配博弈模型建立97-100
  • 5.3.2 信道分配博弈模型分析100-103
  • 5.4 基于博弈模型的信道優(yōu)化算法ACBR103-109
  • 5.4.1 ACBR算法設(shè)計(jì)103-106
  • 5.4.2 ACBR算法性能分析106-109
  • 5.5 仿真實(shí)驗(yàn)109-116
  • 5.6 本章小結(jié)116-117
  • 結(jié)論117-119
  • 參考文獻(xiàn)119-130
  • 攻讀博士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果130-132
  • 致謝132

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本文編號(hào):299179


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