无线传感器网络的可靠性与重要性研究

论文摘要

近年来,无线传感器网络因在军事、环境监测、医疗等方面有着广泛的应用前景而受到越来越多人的关注。无线传感器网络作为一种新的信息获取方式,通过大量部署在检测区域内的传感器节点,采集网络覆盖范围内感知对象的信息,采取多跳的方式把采集到的信息可靠地、快速地传送给用户。由于能源的有限性以及所处环境的恶劣性,导致了无线传感器网络容易受到能量耗尽或自然因素的破坏而出现部分节点的失效,这样势必会影响整个网络的传输性能。可靠性是评估无线传感器网络性能的一项重要指标。特别是在军事、医疗检测等领域,更被认为是最重要的指标之一。无线传感器网络,由于其节点分布的随意性以及节点可移动性等特点,与传统的网络有很大不同。所以传统网络的可靠性与重要性评估方法也未必适合用来评估无线传感器网络。现阶段对可靠性的研究主要集中在通过分析链路和节点的不正常工作引起的网络性能的变化来实现的,本文针对这两种情况对无线传感器网络的可靠性和网络部件的重要性进行了研究,并在此基础上提出一种无线传感器网络的可靠性保证方法。本文的具体工作和研究结果如下：1.在无线链路的重要性方面,从全网的范围提出了一种基于生成树数目的链路重要性评价方法——链路收缩法,并从理论和实验两个方面证明了该方法与已有的链路删除法在评价链路的重要性上是等价的,完善了链路重要性的评价体系。最后提出了一种基于两测度的链路重要性评价方法,该方法在对串联链路的重要性的评价上与其他方法相比具有更高的精确度。2.在节点重要性方面,本文针对传感器节点的可移动性,提出了一种无线传感器网络中节点重要性的评价方法——节点插入法。该方法不但可以评价每个传感器节点的重要性,当传感器网络因节点失效而造成网络可靠性下降时,还可以找出新加入节点的最佳位置。在节点插入法的基础上,从网络抗毁性和连通性的角度提出了一种可靠性保证模型,该方法可以在无线传感器网络的设计和运行中保证网络的可靠性。仿真结果表明,新加入节点安装在最佳位置时整个网络的抗毁性和生存性比修复原失效节点更高。3.在两终端可靠性上,本文提出了一种基于发射功率的无线传感器网络簇内两终端可靠性评价方法。在给定可靠性的情况下,通过各个簇的不同拓扑结构来给每个簇定义一个可靠发射功率。实验仿真表明,用该方法可以在保证网络的可靠性的前提下优化传感器节点的发射功率,从而减少能量的消耗,达到延长网络生命的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 无线传感器网络概述
• 1.2 无线传感器网络的研究现状
• 1.3 网络可靠性概述
• 1.3.1 网络可靠性的定义
• 1.3.2 网络可靠性的指标
• 1.3.3 网络可靠性的发展和研究现状
• 1.4 无线传感器网络可靠性的研究现状
• 1.4.1 无线传感器网络可靠性所面临的问题
• 1.4.2 国内外无线传感器网络可靠性研究现状
• 1.5 本文的研究内容与结构
• 第2章 无线传感器网络链路重要性研究
• 2.1 网络的拓扑结构与可靠性之间的关系
• 2.2 网络模型和基础知识
• 2.2.1 网络模型
• 2.2.2 生成树的计算
• 2.3 基于生成树数量的链路删除法
• 2.4 基于生成树数量的链路收缩法
• 2.4.1 算法描述
• 2.4.2 算法复杂度分析
• 2.5 实例仿真
• 2.6 一种基于两测度的无线链路重要性评价方法
• 2.6.1 算法描述
• 2.6.2 实例仿真
• 2.7 链路收缩法在无线传感器网络设计中的应用
• 2.8 本章小结
• 第3章 无线传感器网络节点重要性研究
• 3.1 网络模型和基础知识
• 3.1.1 网络模型
• 3.1.2 理论基础
• 3.2 基于生成树数目准则的节点删除法
• 3.2.1 算法描述
• 3.2.2 实例仿真
• 3.3 基于生成树的节点插入法
• 3.3.1 算法描述
• 3.3.2 实例仿真
• 3.3.3 算法复杂度分析
• 3.3.4 算法优缺点分析
• 3.4 节点插入法在无线传感器网络运行中的应用
• 3.5 本章小结
• 第4章 无线传感器网络簇内两终端可靠性与功率控制
• 4.1 基础知识和网络模型
• 4.1.1 基础知识
• 4.1.2 模型中的假设
• 4.2 链路的存在概率模型
• 4.3 无线传感器网络簇内两终端可靠性评估算法
• 4.3.1 算法描述
• 4.3.2 实例仿真
• 4.4 基于功率控制的无线传感器网络簇内两终端可靠性
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 未来展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录