面向桥梁隧道结构健康监测的无线传感器网络自组织演化模型研究

研究无线传感器网络的演化机制以及构建相应的自组织演化模型，可以真实再现其拓扑特征，有利于网络整体性能的分析和评估以及网络协议的设计。本项目针对传统随机模型难以对无线传感器网络进行正确客观描述的缺点，采用无线传感器网络和复杂网络理论相结合的新方法，借助小世界网络高集聚系数和低平均路径以及无标度网络高容错性的优势，根据无线传感器网络开放、动态、自组织、自适应的复杂性从理论分析、算法设计和实际应用三个层次进行研究，从不同角度建立具备真实特征的无线传感器网络自组织演化模型；通过研究模型的动力学行为与统计特征，面向大型桥梁和深长隧道的结构健康监测，设计无线传感器网络拓扑控制和路由算法，建立高效、便捷、高抗毁的新型无线传感器网络拓扑结构，并在此基础上构建可重构的无线传感器网络体系，解决传统结构健康监测中的实时、耐久、可靠等关键问题。

本项目针对传统随机模型难以对无线传感器网络进行正确客观描述的缺点，采用无线传感器网络和复杂网络理论相结合的新方法，从理论分析、算法设计和实际应用三个层次进行研究，取得的主要创新成果如下：（1）提出了一系列具备真实特征的无线传感器网络自组织演化模型，包括无线传感器网络点权、边权演化模型、异构小世界演化模型、二维/三维分簇演化模型、多障碍定位模型等；（2）通过研究模型的动力学行为与统计特征，面向大型桥梁和深长隧道的结构健康监测，设计了无线传感器网络拓扑控制和路由算法，包括MESD分簇算法、3D-EDAC分簇算法、CMDS-MAP算法、IDV-hop算法和SWLS算法以及遗传定位算法等。（3）建立高效、便捷、高抗毁的新型无线传感器网络拓扑结构，例如异构小世界网络拓扑结构，构建了可重构的无线传感器网络体系，解决传统结构健康监测中的实时、耐久、可靠等关键问题。