基于能量和路径的复杂网络拓扑与路由研究

论文摘要

无线传感器网络在工业、农业、医疗、物联网等领域有广泛应用,复杂网络理论中的无标度特性和小世界特性又普遍存在于许多无线传感器网络中的实际应用。该文章将复杂网络理论应用于无线传感器网络上,对网络的拓扑形成过程改进,然后在建立默认路由的过程中引入平衡剩余能量和传输路径长度的特征参数,优化拓扑建立结构和默认路由的选择策略,达到提高网络性能,延长网络生命周期的目的。文章主要讨论了以下几个方面的内容:首先,研究了无线传感器网络、复杂网络理论的背景及相关基本概念,重点讨论了复杂网络理论的基本统计量,并引出课题研究的主要方向。其次,通过参考带适应度的BA无标度网络模型（BA Scale-free network model）、能量感知演化网络模型（Energy-aware evolution model,EAEM）,对网络中各节点加以度阈值为限制参数,改进成为了一种度受限的能量感知无标度网络模型（Degreelimited energy-aware scale-free evolution model,DEAM）。随后,又对DEAM模型的演化过程中,再加入动态演化策略,进一步改进成为一种更具备抗选择性攻击能力的度受限能量感知动态演化模型（Degree-limited energy-aware dynamic evolution model,DEDM）。通过理论推导和实验仿真,验证了这两种模型的度分布仍然具有无标度网络的幂律分布性质。由仿真对比发现,两种模型拓扑结构较BA网络模型和EAEM网络模型的容错性更好,能量分布也更为均衡。最后,针对DEAM模型和DEDM模型拓扑结构的特点,在默认路由选择过程中充分考虑节点剩余能量和与邻居节点的路径长度两个参数的均衡,提出了一种基于能量和路径改进的复杂网络路由策略,并通过仿真实验找出这两个参数参与路由选择的最佳比例。然后继续通过仿真实验验证了改进后的路由策略较传统的最短路径路由在网络生存时间、节点处理容量和传输时延方面都要好,并且还发现DEAM网络模型和DEDM网络模型在这种改进的路由策略下的上述指标也都要比传统BA网络模型和EAEM网络模型在同样的路由策略下表现要好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 无线传感器网络结构及特点
•     1.2.1 无线传感器网络结构
•     1.2.2 无线传感器网络特点
•   1.3 国内外研究现状
•     1.3.1 针对复杂网络拓扑的研究
•     1.3.2 针对复杂网络路由的研究
•   1.4 本文主要研究内容和结构安排
• 第2章 复杂网络的基本特征及基本模型
•   2.1 引言
•   2.2 复杂网络发展历程
•   2.3 复杂网络基本统计特征量
•     2.3.1 度和度分布
•     2.3.2 聚类系数
•     2.3.3 平均路径长度
•     2.3.4 介数
•   2.4 复杂网络基本模型
•     2.4.1 规则网络
•     2.4.2 随机网络
•     2.4.3 小世界网络
•     2.4.4 无标度网络
•   2.5 无线传感器网络的复杂性特点
•   2.6 本章小结
• 第3章 度受限能量感知的无标度网络模型研究
•   3.1 引言
•   3.2 EAEM模型介绍
•   3.3 DEAM模型的构建
•   3.4 DEAM模型的理论分析
•   3.5 DEAM模型的实验与仿真
•     3.5.1 模型的度分布
•     3.5.2 模型的平均路径长度和聚类系数
•     3.5.3 模型的抗攻击性
•     3.5.4 模型的剩余能量分布
•   3.6 本章小结
• 第4章 度受限能量感知的动态演化模型研究
•   4.1 引言
•   4.2 DEDM模型的构建
•   4.3 DEDM模型的理论分析
•   4.4 DEDM模型的实验与仿真
•     4.4.1 模型的度分布
•     4.4.2 模型的平均路径长度和聚类系数
•     4.4.3 模型的抗攻击性
•     4.4.4 模型的剩余能量分布
•   4.5 本章小结
• 第5章 基于能量和路径改进的复杂网络路由策略
•   5.1 引言
•   5.2 改进的路由策略设计
•   5.3 数据包收发仿真模型
•   5.4 实验与仿真
•     5.4.1 网络生存时间
•     5.4.2 传输拥塞
•     5.4.3 传输时延
•   5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赖鹏州

导师: 卢辉斌,林雷

关键词: 复杂网络,度受限,能量感知,动态演化,路由策略

来源: 燕山大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 数学,电信技术,自动化技术

单位: 燕山大学

分类号: O157.5;TN929.5;TP212.9

DOI: 10.27440/d.cnki.gysdu.2019.000057

总页数: 70

文件大小: 1476K

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