摘 要
无线传感器网络（WSN）在环境监测、智能交通和工业自动化等领域具有广泛应用，但其拓扑结构设计直接影响网络性能、能耗和寿命。为解决传统拓扑优化方法中节点分布不均、能量消耗过快及通信效率低等问题，本文提出了一种基于自适应聚类的无线传感器网络拓扑优化设计方法。该方法通过引入动态调整机制，结合节点剩余能量与地理位置信息，实现对网络拓扑结构的实时优化。研究采用分层聚类算法构建高效稳定的簇结构，并利用改进的遗传算法对簇头节点进行全局优化选择，从而降低冗余通信开销并延长网络生命周期。
关键词：无线传感器网络 拓扑优化 自适应聚类
Abstract
Wireless sensor network (WSN) is widely used in the fields of environmental monitoring, intelligent transportation and industrial automation, but its topological design directly affects network performance, energy consumption and life. In order to solve the problems of uneven node distribution, excessive energy consumption and low communication efficiency in traditional topology optimization methods, this paper proposes a design method of wireless sensor network based on adaptive clustering. This method enables real-time optimization of network topology by introducing a dynamic adjustment mechanism and combining the node residual energy and geographic location information. This study uses a hierarchical clustering algorithm to construct an efficient and stable cluster structure and uses an improved genetic algorithm to perform global optimization selection of cluster head nodes, thus reducing redundant communication overhead and extending the network life cycle.
Keyword:Wireless Sensor Network Topology Optimization Adaptive Clustering
目 录
1绪论 1
1.1无线传感器网络拓扑优化的背景与意义 1
1.2国内外研究现状分析 1
1.3本文研究方法与技术路线 2
2无线传感器网络拓扑优化的基础理论 2
2.1无线传感器网络的基本概念与特性 2
2.2拓扑优化的核心原理与方法 2
2.3能量效率与拓扑优化的关系 3
2.4网络连通性对拓扑优化的影响 3
2.5拓扑优化设计的约束条件 4
3拓扑优化的关键技术与算法研究 4
3.1分布式拓扑优化算法的设计 4
3.2基于能量均衡的拓扑优化策略 5
3.3拓扑优化中的节点部署问题 5
3.4动态环境下的拓扑自适应机制 6
3.5拓扑优化算法的性能评估指标 6
4拓扑优化的实际应用与案例分析 7
4.1智能监控场景中的拓扑优化设计 7
4.2环境监测网络的拓扑优化实践 7
4.3工业物联网中的拓扑优化方案 8
4.4城市传感网络的拓扑优化挑战 8
4.5实际应用中的优化效果验证 8
结论 9
参考文献 10
致谢 11
无线传感器网络（WSN）在环境监测、智能交通和工业自动化等领域具有广泛应用，但其拓扑结构设计直接影响网络性能、能耗和寿命。为解决传统拓扑优化方法中节点分布不均、能量消耗过快及通信效率低等问题，本文提出了一种基于自适应聚类的无线传感器网络拓扑优化设计方法。该方法通过引入动态调整机制，结合节点剩余能量与地理位置信息，实现对网络拓扑结构的实时优化。研究采用分层聚类算法构建高效稳定的簇结构，并利用改进的遗传算法对簇头节点进行全局优化选择，从而降低冗余通信开销并延长网络生命周期。
关键词：无线传感器网络 拓扑优化 自适应聚类
Abstract
Wireless sensor network (WSN) is widely used in the fields of environmental monitoring, intelligent transportation and industrial automation, but its topological design directly affects network performance, energy consumption and life. In order to solve the problems of uneven node distribution, excessive energy consumption and low communication efficiency in traditional topology optimization methods, this paper proposes a design method of wireless sensor network based on adaptive clustering. This method enables real-time optimization of network topology by introducing a dynamic adjustment mechanism and combining the node residual energy and geographic location information. This study uses a hierarchical clustering algorithm to construct an efficient and stable cluster structure and uses an improved genetic algorithm to perform global optimization selection of cluster head nodes, thus reducing redundant communication overhead and extending the network life cycle.
Keyword:Wireless Sensor Network Topology Optimization Adaptive Clustering
目 录
1绪论 1
1.1无线传感器网络拓扑优化的背景与意义 1
1.2国内外研究现状分析 1
1.3本文研究方法与技术路线 2
2无线传感器网络拓扑优化的基础理论 2
2.1无线传感器网络的基本概念与特性 2
2.2拓扑优化的核心原理与方法 2
2.3能量效率与拓扑优化的关系 3
2.4网络连通性对拓扑优化的影响 3
2.5拓扑优化设计的约束条件 4
3拓扑优化的关键技术与算法研究 4
3.1分布式拓扑优化算法的设计 4
3.2基于能量均衡的拓扑优化策略 5
3.3拓扑优化中的节点部署问题 5
3.4动态环境下的拓扑自适应机制 6
3.5拓扑优化算法的性能评估指标 6
4拓扑优化的实际应用与案例分析 7
4.1智能监控场景中的拓扑优化设计 7
4.2环境监测网络的拓扑优化实践 7
4.3工业物联网中的拓扑优化方案 8
4.4城市传感网络的拓扑优化挑战 8
4.5实际应用中的优化效果验证 8
结论 9
参考文献 10
致谢 11
