摘 要

进入21世纪以来，随着科技的发展，无线传感器网络开始被应用于各个领域。无线传感器网络由数量众多的被放置到监控区域内用以采集、传递环境的各种信息的微型智能传感器构成。然而由于自身能量有限、周围环境恶劣以及遭受攻击等原因，传感器节点很容易损毁，导致网络拓扑结构的可靠性降低，影响无线传感器网络的性能，带来极大的经济损失。由此可见，抗毁性问题是制约无线传感器网络广泛应用的瓶颈问题，因此，对无线传感器网络抗毁性方法的研究具有现实意义。

本文利用复杂网络理论针对无线传感器网络的抗毁性问题进行研究，通过改善无线传感器网络的拓扑结构来增强无线传感器网络的抗毁性。为了改进无线传感器网络的拓扑结构，本文在无标度网络的基础上提出了一种新型的无线传感器网络演化机制，利用MATLAB软件仿真出BA模型和DEDA模型，并在随机性攻击和选择性攻击的情况下通过拓扑参量评价网络的抗毁性，最后利用MATLAB软件中的GUI部分进行无线传感器网络仿真系统的设计，实现软件的可视化，使得非专业用户能更方便地操作。

关键词：无线传感器网络；无标度网络理论；抗毁性；GUI系统

Abstract

Since the beginning of the 21st century, wireless sensor networks have been used in all fields as technology has evolved. Wireless sensor networks consist of a large number of tiny intelligent sensors,which are placed in the monitored area to collect and transmit information about the environment.However,due to their own limited energy, bad environment and attacks,the sensor nodes can easily be damaged, resulting in a reduction in the reliability of network topology，an effect on the performance of wireless sensor networks and a huge economic loss.It follows that the invulnerability problem is the bottleneck problem which is preventing WSN from being widely used. Therefore, the study of the invulnerability methods of wireless sensor networks is of practical significance.

This dissertation mainly studies the invulnerability of wireless sensor networks based on the complex network theory and improve the invulnerability of wireless sensor networks by improving the topology of them.To optimize the topology of the wireless sensor network，the dissertation proposes a new kind of wireless sensor network evolution mechanism based on the scale-free network.And simulate the BA model and the DEDA model by MATLAB software and evaluate the invulnerability of the network through topological parameters in case of random attack and targeted attack.Finally,the design of the wireless sensor network simulation system is carried out by GUI in MATLAB software,and the visualization of the software is realized,which makes it easier for unprofessional users to operate.

Key Words: wireless sensor network；scale-free network theory；invulnerability；GUI system

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 无线传感器网络抗毁性的研究现状 3

1.3 本文章节安排 4

第2章 无线传感器网络模型的研究与构建 7

2.1 无标度网络模型 7

2.2 无线传感器网络模型的构建 8

2.2.1 新参数的选择 8

2.2.2 新的演化机制 9

2.3 BA模型与DEDA模型的仿真 10

2.3.1 程序实现 10

2.3.2 仿真结果 14

2.4 本章小结 15

第3章 抗毁性能的分析与仿真 16

3.1 无线传感器网络受损类型 16

3.1.1 随机性受损 16

3.1.2 选择性受损 16

3.2 评价指标 17

3.2.1 度分布 17

3.2.2 最大连通子图的大小 19

3.2.3 全局效率 21

3.3 本章小结 24

第4章 无线传感器网络仿真系统的建立 25

4.1 MATLAB GUI简介 25

4.2 对象设计编辑器（GUIDE）的使用 26

4.2.1 GUIDE工具箱 26

4.2.2 GUI实现 28

4.3 仿真系统的运行 29

4.3.1 DEDA模型仿真 29

4.3.2 抗毁性能分析仿真 31

4.4 本章小结 33

第5章 环境影响及经济性分析 34

5.1 环境影响分析 34

5.2 经济性分析 34

第6章 结论 36

6.1 本文总结 36

6.2 展望 36

参考文献 38

附录A 第2章部分源程序 40

附录B 第3章部分源程序 44