基于博弈论的无线传感器网络信道分配算法研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目基于博弈论的无线传感器网络信道分配算法研究作者姓名姚宁学科专业检测技术与自动化装置指导教师郝晓辰教授2016年5月中图分类号：TP393学校代码：10216UDC：621.39密级：公开工学硕士学位论文基于博弈论的无线传感器网络信道分配算法研究硕士研究生：姚宁导师：郝晓辰申请学位：工学硕士学科专业：检测技术与自动化装置所在单位：电气工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinDetectionTechnologyandAutomationEquipmen

2、tSTUDYONCHANNELALLOCATIONALGORITHMBASEDONGAMEFORWIRELESSSENSORNETWORKbyYaoNingSupervisor:ProfessorHaoXiaochenYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《基于博弈论的无线传感器网络信道分配算法研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的

3、个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字日期：年月日摘要摘要无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)是物联网广泛应用的重要组成部分，其自组织性和容错能力使它非常适用于特殊环境中。随着WSN的广泛应用，频谱(信道)资源日益短缺。若缺乏对信道的合理分配，节点间存在较大通信干扰，导致数据传输失败进而影响WSN的期望性能。同时通信干扰使节点的重传能耗增加，令节点过早失效，导致网络生命期降低。并且，节点失效将可能引发网络级联失效，严重影响WSN的应用性能。因此，对于电池能源有限的WSN，研究信道

4、分配算法以减少节点通信干扰、延长网络生命期、提高网络抗毁性具有一定理论和实际意义。本课题基于博弈论展开对WSN的信道分配算法研究，具体研究工作如下。(1)阐述WSN的组成结构以及基于博弈论的无线传感器网络信道分配算法研究的背景及意义。分析该课题的国内外研究现状，对现有算法进行归纳总结，并提出现有算法存在的问题，为WSN信道分配算法的研究提供理论依据。(2)针对WSN节点因干扰过大而提前失效、网络生命期缩短的问题，本文充分利用节点负载与剩余能量构建节点的生命期模型，并基于最佳回应策略设计出一种优化网络生命期的抗干扰信道分配算法(CAGLO)。该算法利用顺

5、势博弈将路径增益、交叉干扰和节点生命期等性能参数融入到效益函数中，通过最大化效益函数，实现干扰小、能耗低且均衡的信道选择，有效延长网络生命期。(3)针对WSN节点由于频谱资源日益短缺和实际应用环境恶劣而造成网络干扰严重、节点能耗增大、网络抗毁性差的问题，本文提出一种面向抗毁性的网络生命期优化改进博弈算法(CAIAD)。该算法通过节点的综合失效概率及级联失效系数度量各节点的抗毁性，进而利用势场博弈，并基于最佳回应策略选择信道，实现降低网络干扰和节点综合失效概率，抑制网络级联失效现象的发生，提高网络抗毁性。关键词：无线传感器网络；信道分配；博弈论；网络生命

6、期；抗毁性I燕山大学工学硕士学位论文AbstractWirelesssensornetwork(WSN)isanimportantpartoftheextensiveapplicationoftheInternetofThings.AndtheselforganizationandfaulttoleranceabilityofWSNmakeWSNbeverysuitableforspecialenvironment.However,thedevelopmentofwirelesscommunicationtechnologymakesthespectr

7、umresourcesincreasinglyscarce.Furtnermore,thelackofreasonablechannelallocationseriouslyincreasestheinterferenceamongnodes.Thecommunicationinterferenceaffectsthesuccessofdatatransmission,whichinfluencesthedesiredfunctionalityandperformanceofWSN.Atthesametime,itexacerbatestheretra

8、nsmissionenergyconsumption.Asaresult,somenodesp