具有抗毁性的能耗均衡无线传感器网络拓扑控制研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目具有抗毁性的能耗均衡无线传感器网络拓扑控制研究作者姓名孙雅静学科专业检测技术与自动化装置指导教师刘彬教授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具有抗毁性的能耗均衡无线传感器网络拓扑控制研究硕士研究生：孙雅静导师：刘彬教授申请学位：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ADissertationinDetectionTechnologyand

2、AutomationEquipmentRESEARCHONTOPOLOGYCONTROLOFENERGYCONSUMPTION-BALANCEDWIRELESSSENSORNETWORKSWITHINVULNERABILITYbySunYajingSupervisor:ProfessorLiuBinYanshanUniversityMay,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《具有抗毁性的能耗均衡无线传感器网络拓扑控制研究》，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

3、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是一种自组网，传感器节点能量受限，且一般部署在人际罕至的偏远区域，节点能量消耗的不均衡以及网络抗毁性差，均会缩短网络的生命期，致使网络无法完成既定的监测任务。因此，研究具有抗毁性的能耗均衡无线传感器网络拓扑控制算法具有一定的理论实际意义。本文所做的具体研究内容如下。首先，针对具有强容错性的无标度拓扑中节点对选

4、择性攻击的脆弱性造成网络节点能量消耗不均衡的问题，提出一种能够均衡网络能耗、提升网络抗毁性的无线传感器网络无标度拓扑控制算法。算法中研究节点剩余能量和节点间距离对网络生命期的影响关系，将此关系引入到无标度拓扑生成的择优连接机制中，并在网络拓扑演化过程中考虑网络中链路增减的动态行为。利用平均场理论分析由此算法演化生成的拓扑具有无标度特性，通过进行仿真实验，验证生成拓扑能够提升网络抗毁性，均衡网络能耗。其次，为了判定并保护无线传感器网络中的关键点，增强网络抗毁性，综合分析节点局域信息和能量因素对节点重要度的影响规律，提出一种关键点判

5、定算法。在局域信息中，考虑节点自身度、邻居节点度以及节点的聚集系数对关键点判定的影响，在能量因素中，研究节点剩余能量和节点失效后导致网络能耗的增加值对判定关键点的作用。由该算法判定出的关键点是全面且有效的，保护由该算法判定所得关键点的网络具有强抗毁性。最后，通过弱化无线传感器网络中关键点的方法来实现保护关键点的目的，均衡节点和网络能耗，增强网络抗毁性，提出一种非均匀分簇算法。该算法利用关键点的判定因素，优化临时簇头的选举机制，进而利用节点竞争半径和通信代价竞选真正簇头的方法进行非均匀分簇，降低网络中的关键点成为簇头的机率。在完成

6、分簇的基础上，优化蚁群算法，通过对信息素更新方式、节点间可见度和节点能量进行数学建模，得到下一跳节点的选择概率，找出最优通信路径，以最小化网络通信能耗。该算法能够有效均衡网络能耗，提升网络抗毁性，延长网络的生命期。关键词：无线传感器网络；拓扑控制；抗毁性；能耗均衡；关键点；分簇I燕山大学工学硕士学位论文AbstractWirelesssensornetworksareself-organizednetworks.Theenergyofsensornodesarelimited,andtheyareusuallydeployedi

7、nremoteareaswhichpeoplegenerallycannotreach.Theenergyofsensornodesissuppliedbybatterywhichisdifficulttoreplace,theimbalancedenergyconsumptionandinferiornetworkinvulnerabilitycanbothshortenthenetworklifetime.Therefore,itissignificantfortheresearchontopologycontrolalgo

8、rithmofenergyconsumption-balancedwirelesssensornetworkswithinvulnerability.Thespecificresearchcontentsinthispaperareasfollows.First