基于复杂网络理论无线传感器网络拓扑结构的研究

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1、独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。⋯姗签镖6月7日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印

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3、感器技术、分布式计算技术、无线通信技术、嵌入式处理技术等多学科技术，使逻辑上的信息能够结合实际的物理世界，从而实现真正的“普适计算”。无线传感器网络的拓扑生成机制及其自组织演化算法是其关键技术研究如拓扑结构、位置路由、连通与覆盖等方面的重要应用基础。近段时间将复杂网络理论应用到大规模的无线传感器网络的拓扑结构动态特性研究已经成为该领域的一个热点。本文首先阐述了无线传感器网络的一些基础知识和复杂网络几种典型的拓扑模型及其主要的统计特征参数，分析了无线传感器网络的拓扑特性及其相关的复杂网络特征，并分析了复杂网络理论在无线传感器网

4、络拓扑结构研究中的一些应用。本文基于复杂网络理论的原理和概念的基础上，研究无线传感器网络拓扑结构中的各种生成机制及自组织演化模型，进一步描述和优化无线传感器网络的拓扑结构。本文的主要内容如下：1)主要介绍了本文需要用到的一些相关基本概念和理论，无线传感器网络和复杂网络理论的概述、复杂网络理论在无线传感器网络中的应用与研究现状。2)从复杂网络的角度提出基于无标度特性的无线传感器网络拓扑演化模型。该模型按照一定概率增长与概率删除机制及优先连接进行对无线传感器网络行拓扑演化，并考虑了节点能量因素的影响。根据提出的拓扑演化模型，设计

5、了相应的拓扑演化算法，并对该演化模型的动态特性进行了分析。仿真结果表明，由于新模型考虑了以上因素，由此演化而成的网络拓扑更加符合无线传感器网络的实际运用，并且具有很好的抗毁性，进一步提高了网络的鲁棒性。3)从无线传感器网络动态演化的角度出发，提出一种基于复杂网络理论的自组织能量均衡的无线传感器网络拓扑演化模型。该模型考虑节点剩余能量、节点和链路有增有减的动态过程、还考虑了节点的连接限制等其它因素。运用平均场理论得到该模型的度分布规律并给出解析公式，通过仿真发现该模型可以使整个基于复杂网络理论的无线传感器网络拓扑结构研究网络的

6、能量消耗更加均衡，有效避免节点因能量过快耗尽而失效，使整个网络生存周期得到一定的提高。关键词：无线传感器网络，复杂网络，拓扑演化，能量均衡，连接限制II江苏大学硕士学位论文ABSTRACTWirelesssensornetworks，asanimportantfoundationaltechnologyforIntemetofthings，iscomposedofalargenumberoftinysensornodes．Itfusessensortechnology,distributedcomputingtechnolo

7、gy,wirelesscommunicationtechnology,embeddedtechnologyandSOon，andcanintegratethephysicalworldwiththelogicalinformationtorealizethereal”pervasivecomputing”．Topologygenerationmechanismanditsself-organizationalgorithmaretheimportantbasisofthekeytechnologiesofwirelessse

8、nsornetworksuchastopologycontrol，locatedrouting，connectivity，coverageandSOon．Theresearchondynamiccharacteristicsoftopologicalstructureoflarge—sca