1、無線傳感器網(wǎng)絡技術的興起，給信息感知、信息處理、信息傳輸和信息應用等技術帶來了革命性的變化。客觀上的物理世界與邏輯上的信息世界的融合將不再是夢想，從此人類社會與自然界的交互方式發(fā)生了翻天覆地的變化。近十年，無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Networks,WSNs）已經成為面向未來的信息技術研究中最受關注的研究方向之一。特別地，隨著物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）概念在中國的提出，以及“感知中國”和“智慧地

2、球”等宏偉愿景共同構建了信息化社會的美好藍圖，同時也為WSNs技術的未來發(fā)展指明了方向。
　　本文從實際應用背景出發(fā)，基于復雜網(wǎng)絡的相關理論將WSNs系統(tǒng)中的傳感器抽象為網(wǎng)絡節(jié)點，個體間的耦合作用、通信路徑抽象為邊。各種復雜耦合的WSNs系統(tǒng)都可以用網(wǎng)絡進行描述，進而可以在網(wǎng)絡體系框架下研究WSNs的動力學演化、同步行為及控制策略。復雜網(wǎng)絡理論受到了國內外該領域的科研工作者們的廣泛關注，網(wǎng)絡科學也成為跨學科研究中最為活躍的領域之一

3、。網(wǎng)絡同步作為WSNs系統(tǒng)動力學機制中典型的集體行為和涌現(xiàn)現(xiàn)象，關系著諸多的實際問題，因而受到了廣泛而深入的研究。本文研究的重點是分析WSNs系統(tǒng)上同步行為的本質因素，從而控制和優(yōu)化系統(tǒng)網(wǎng)絡的同步行為。首先，本文針對WSNs的拓撲結構、交互機制和耦合策略分別提出了兩種WSNs同步演化模型，分析其同步實現(xiàn)條件；其次，在演化模型的基礎上通過研究自適應演化機制，和設計新型的控制策略來實現(xiàn)WSNs的同步；最后，通過對其控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，實現(xiàn)

4、對系統(tǒng)深層次的優(yōu)化，嘗試解決和優(yōu)化WSNs中傳感器節(jié)點的能量效率、網(wǎng)絡同步性能和可控性等部分問題。本文的主要研究內容如下：
　　（1）提出了WSNs的Poisson-適應度動力學演化模型。
　　利用Poisson過程，研究WSNs中傳感器節(jié)點按照連續(xù)時間隨機增長的機制，提出一種新型的Poisson-適應度演化模型。該模型中各個傳感器節(jié)點的適應度依賴于時間的變化，并引入傳感器節(jié)點的能量分布，通過排隊理論分析模型中各節(jié)點的消亡；

5、然后，利用統(tǒng)計物理學的方法進行理論解析和證明。并通過數(shù)值仿真結果表明，該動力學演化結構能夠有效地延長WSNs系統(tǒng)的生存周期，并提高路由效率。
　?。?）提出了一種WSNs的耦合同步演化模型。
　　在耦合復雜網(wǎng)絡的基礎上進一步研究WSNs系統(tǒng)的同步，針對一致連結的WSNs模型，通過構建Lyapunov函數(shù),給出該類傳感器網(wǎng)絡模型實現(xiàn)同步的一個判定準則。在該耦合同步網(wǎng)絡模型中引入自適應反饋控制策略，考慮時變耦合反饋增益，并證明了

6、此類網(wǎng)絡在該控制策略作用下總可以動態(tài)地實現(xiàn)同步。特別地，該控制策略對傳感器節(jié)點間的耦合強度和WSNs系統(tǒng)的拓撲結構都具有較強的魯棒性。
　?。?）設計了一種WSNs的自適應同步控制系統(tǒng)與優(yōu)化控制策略。
　　從控制學的角度來研究WSNs系統(tǒng)的自適應同步控制系統(tǒng)，以此來提高WSNs系統(tǒng)的同步性能。針對同步能力較弱的WSNs拓撲結構，其需要通過調整耦合強度才能夠實現(xiàn)WSNs同步。自適應同步控制被證明是一種有效的控制策略，其基本原理