面向QoS优化的多机器人WSN孤岛结盟方法研究

作     者：谭嘉男 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李贤善

授予年度：2022年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 0802[工学-机械工程] 

主      题：无线传感器网络 孤岛结盟 服务质量 鲁棒性 生命周期 网络延迟 

摘      要：无线传感器网络常被部署于无人值守的恶劣环境中进行环境监测。恶劣环境中的自然灾害会破坏传感器节点,使大量节点同时失效导致网络被分成多个隔离的孤岛。当网络形成孤岛时,必须进行孤岛结盟以恢复网络正常运行。恶劣环境中的自然灾害频发,恢复正常运行后的网络要有较强的鲁棒性;对于监测应用来说,传感器必须实时收集环境信息并传送给基站,恢复连通后的网络必须有较低的延迟且网络生命周期应尽可能长以满足长时间监测服务。因此,如何根据服务要求设计孤岛结盟方法,这是无线传感器网络孤岛结盟必须考虑的问题,也是决定无线传感器网络服务质量的关键。本文以提高孤岛结盟后网络服务质量为目标,从多方面对孤岛结盟方法进行了研究。首先,针对已有孤岛结盟方法结盟后网络生命周期短且鲁棒性差的问题,提出了基于单孤岛分簇的孤岛结盟方法。在网络模型基础上,基于孤岛拓扑影响网络能耗的理论,结合能耗均衡分簇算法,融入流量负载均衡策略,构建孤岛高效数据传输路径;在提出的孤岛分簇算法的基础上,结合受损的网络模型,融入节点失效容错策略,建立强鲁棒性的拓扑结构。然后,针对已有孤岛结盟方法结盟后网络延迟高的问题,提出了基于单孤岛拓扑优化的孤岛结盟方法。基于孤岛数据传输路径影响网络时延的理论,结合遗传算法,将减小时延思想融入孤岛的拓扑结构的建立中,设计时延约束下的网络拓扑结构,建立低时延满足服务要求的网络。最后,使用MATLAB作为仿真平台,对本文所提方法进行了实验验证。将本文方法与其他孤岛结盟方法在网络生命周期、网络鲁棒性和网络延迟三方面进行对比,验证本文方法的有效性。