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无线传感器网有着广阔的应用场景,它在环境监测、医疗护理、军事监测、交通管理、工业控制等方面有着重大的应用价值,它为各种事件的监测提供了灵活且低价的解决方案。无线传感器网是由资源和能量有限的传感节点组成,因此,它需要一系列能量高效的机制、算法和协议来保证运行。拓扑控制算法就是这其中的一种关键技术,包括功率控制和睡眠调度两种机制。拓扑控制的目标是形成一个优化的网络拓扑结构。拓扑控制对降低节点能耗、提高传输效率、延长网络寿命有着显著的效果,同时拓扑控制也为数据融合和路由协议提供基础。因此,研究拓扑控制有着一定的理论和实际意义。本课题主要针对无线传感网络的拓扑控制算法进行研究,具体工作如下:
本文首先阐述了无线传感器网这一研究背景,包括其体系结构、特点及应用场景。阐述了无线传感网拓扑控制相关问题,包括其定义与设计目标,分析和指出了拓扑控制的应用场合及其在协议栈中的位置,阐述了拓扑控制的国内外研究现状,介绍了典型的拓扑控制算法。其次,本文对邻近图理论做了深入研究,介绍了邻近图的概念,及其在拓扑控制中的应用,分析了基于邻居图的拓扑控制算法的研究方法和研究现状。分析了其代表算法:基于RSSI的XTC算法,并指出了不足。考虑到XTC算法中用RSSI排序衡量链路质量存在不稳定性和不对称性,通过理论推导和在CC2530zigbee硬件平台的实际测试,研究了链路质量度量的不同标准,引入了以路径损耗的排序作为算法依据,并且引入了保证链路质量的最小发射功率的计算公式,为拓扑控制中发射功率的调整提供了依据。基于以上工作,本文提出了基于路径损耗的拓扑控制算法PLTC,该算法有以下特点:对节点硬件要求低;算法简单,实用性高,灵活性好;具有较好的邻近图拓扑性质。通过数学证明其产生的邻近图在欧几里德平面中具有连通性、对称性、节点度有限性和可平面性。通过仿真证明PLTC算法具有稀疏的拓扑结构,良好的节点度特性,良好的距离扩展因子特性和能耗扩展因子特性。