无线传感网络拓扑控制与优化

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1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________硕士学位论文无线传感网络拓扑控制与优化学位申请人：李斌学科专业：计算机应用技术指导教师：姜楠副教授答辩日期：独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教

2、育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。本人签名____________导师签名__________日期___________摘要无线传感网络拓扑控制与优化摘要随着物联网的兴起，人类社会与

3、自然界的交互方式也随之发生了革命性变化。物联网技术正不断深入社会生活的方方面面，从医疗健康监测到教育方式再到环境监测等各个领域正因为物联网技术的发展而发生着改变。无线传感网络(WSNs)作为物联网核心支撑技术，自然受到众多研究者的关注。近年来针对WSNs的研究已经取得了丰硕成果，同时也仍然存在问题偶待解决。本文从实际应用背景出发，通过结合复杂网络理论和WSNs本身特性，以网络拓扑控制为切入点研究和分析WSNs网络优化。通过建立更切合实际的传感网网络演化模型和能耗模型，以高效算法解决大规模网络优化耗时长问题，同时通过深入分析WSNs各性能间的关系，寻求最优综合性能优化方法。本文主

4、要研究内容如下：（1）提出WSNs的基于节点自适应的拓扑控制优化模型（CTC-AR）。WSNs是一种节点能量有限型网络，通过合理的能量管理策略以及节点状态转换策略能够有效延长网络整体生命周期。在本文，我们将以最大化网络生命时长作为最终优化目标，将节点探测范围自适应的连通网络目标覆盖问题解析为子可行覆盖集合的规划问题（CTC-AR问题），其中子可行覆盖需要保持连通性和目标全覆盖等性能，并且每个传感器节点可以自适应调节自身的探测功率实现不同探测范围，同时结合数据融合技术，将CTC-AR问题进一步解析成最大化的覆盖连通树问题（MSCT）。最后通过混合整数规划（MIP）求解获取网络最大

5、化生命周期。（2）基于MIP模型提出了连通树启发式高效算法（CGC-AR）。由于混合整数规划问题一般通过Cplex平台模拟求解，但是实际网络部署环境中，节点规模庞大，导致采用Cplex计算这种高耗时方式不再适用，为此本文提出了一种基于启发式算法的节点自适应探测范围的连通树启发式算法来近视求解MIP问题,为实际传感网网络部署提供有效参考。（3）提出了一种基于收益和成本的WSNs综合性能优化模型（C-POM）。WSNs性能优化是WSNs研究的核心问题之一，当前研究主要是从两个方面出发，即功耗控制和睡眠调度。一种优秀的网络优化算法不仅需要接近真实传感器网络，同时也需要具有一定通用性以

6、及兼顾许多其他网络性能。本文通过收益和成本方式表征网络综合性能，试图在网络生存时间和网络综合性能之间找到最I摘要佳平衡。以更实际的方法表征WSNs整体性能。（4）基于C-POM模型提出了高时效优化算法。针对C-POM模型本身优化时效性不高，本文提出了基于Floyd改进的高效优化算法,在实际WSNs中测试中能够很好的缩短运算时间。实验分析表明，典型的WSNs网络均存在最佳的网络平均度以使该网络获得最大增益，可以为实际网络设计与部署提供依据。关键词：无线传感网络，网络拓扑优化，复杂网络，数据融合，网络分簇IIAbstractWIRELESSSENSORNETWORKTOPOLOGY

7、CONTROLANDOPTIMIZATIONABSTRACTWiththedevelopmentoftheInternetofThings,theinteractbetweenhumansocietyandnaturechangerevolutionary.InternetofThingstechnologyisdeepeningaffectallaspectsofsociallife,Duetothedevelopmentofnetworkingtechnologywhichundergo