无线传感器网络中基于刚性图论的节能与容错拓扑控制算法研究

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1、何ＷＸ蒋火净＾讀ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ硕±学位论文题目：无线传感器网络中基于刚性图论的节能与容错拓扑控制算法研究作者姓名：隆＿應指导教师：薛亮副教授学科专业：计算机科学与技术所在学院：信息与电气工程学院提交论文日期：２０１６年５月２８曰独创性声明：所呈交的学位论文本人郑重声明，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发衷或

2、撰写过的研究成果，也不巧含为获得河北王程大学或其化教育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，均己在论文中作了明满的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。：巧化月別日学位论文作者签名：＼签字日期＾桃Ｉｋ年学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解河北王程大学有关保留、使用学位论文的规定。恃提权河北王程大学可Ｗ将学位论义的全部或部分内容编入有关数据库ｌ进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编ｉｕ共查阅

3、和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子文档。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）０学位论文；签字日期：年；日作者签名５月［＾签：：曰导名签曰期心月师字年球叶工学硕士学位论文无线传感器网络中基于刚性图论的节能与容错拓扑控制算法研究河北工程大学2016年5月分类号：TP301密级：公开UDC：单位代码：10076工学硕士学位论文无线传感器网络中基于刚性图论的节能与容错拓扑控制算法研究作者姓名：陈晰指导教师：薛亮副教授申请学位级别：工学硕士学科专业：计算机

4、科学与技术所在单位：信息与电气工程学院授予学位单位：河北工程大学河北工程大学2016年5月ADissertationSubmittedtoHebeiUniversityofEngineeringFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringStudyofenergysavingandfault-toleranttopologycontrolalgorithmbasedonrigidgraphtheoryinwirelesssensornetworksCandid

5、ate：ChenXiSupervisor：XueLiangAssociateProfessorAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ComputerScienceandTechnologyCollege/Department：SchoolofInformationandElectricalEngineeringHebeiUniversityofEngineeringMay,2016摘要作为物联网推广的重要支撑技术之一，无线传感器

6、网络在医疗、军事、环境、空间探索等领域蕴藏着广泛的应用价值，被誉为无线通信领域的研究热点之一。由于其能量受限、网络中节点或链路频繁失效的特点，降低网络能量消耗和提高网络容错性能来应对网络中节点和链路的失效行为是无线传感器网络拓扑控制算法的主要设计目标。拓扑控制技术作为无线传感器网络研究领域中的一项关键技术不仅能够节约网络能量消耗，延长网络寿命，而且能够提高网络的容错性能，以应对网络中节点或链路的失效行为。因此，设计一种同时具备节能和容错性能的拓扑控制算法是十分必要的。本文以刚性图论为基础，设计并优

7、化了无线传感器网络的拓扑结构，实现了节能与容错的目标。文章的主要内容如下：首先，论文考虑了无线传感器网络节能与容错问题，在无线传感器网络中设计了一种最小刚性拓扑控制算法。考虑到(1)无线传感器节点能源受限的问题，本文结合无线传感器网络的特点，睡眠调度与功率控制联合设计，降低网络能耗；考虑到(2)无线传感器网络恶劣的工作环境问题，本文基于Delaunay三角剖分图的特点，构建2-容错的最小刚性拓扑结构，提高了网络的鲁棒性能。同时论文在理论上证明了该拓扑结构能够有效约束网络平均节点度，并且同时具有覆盖

8、性、稀疏性等性能。其次，论文考虑到三维无线传感器网络潜在的巨大应用价值，及其能源受限、节点失效频繁、MAC层间干扰严重等特点，本文将最优刚性图扩展到三维空间，并应用于三维无线传感器网络中，设计了一个基于最优刚性图的三维无线传感器网络拓扑控制算法。该算法基于节点的位置信息，在保持刚性的基础上删除较长链路，构建3-容错的拓扑结构，在降低网络能耗的同时提高了网络的容错性能。最后，通过设计一系列的仿真实验对本文提出算法的性能进行验证，通过与其他典型算法的比较容易得知本文算法具有较好的节能性