多层移动传感网络的移动控制策略研究

论文摘要

随着计算成本的下降以及微处理器体积的缩小,科学家想象中的“智能尘埃”逐渐成为现实。未来由微型传感器组成的大规模、高动态、高移动型传感器网络,在国防军事、环境监测、城市管理、日常生活等领域将具有广阔的应用前景。移动节点的引入扩展了无线传感器的应用领域,同时也带来了技术上的挑战,因而开展对移动传感网络课题的研究具有重要的研究意义。移动控制策略设计的优劣是保证移动传感网络信息有效传输的关键因素,能为网络的整体通信提供最基本的拓扑保障。分层移动控制策略的设计方案,能保证传感节点在固定或移动方式下均能有效传输,不仅适用于目前的固定传感节点收集方式,还能用于未来“智能尘埃”型的移动节点,具有广泛的应用价值和研究意义。本文提出基于有界Voronoi划分的Fusion节点移动控制策略设计思想:Fusion节点初始随机部署后,进行有界Voronoi划分,每个Fusion节点支配一个Voronoi区域,分区域设计Fusion节点的移动策略;结合区域划分和收集盲区计算算法,设计Fusion节点的区域移动路径。通过限定Fusion节点在其支配的Voronoi区域内移动并局部接收S节点的信息,有利于减少传输路径的维护开销,降低传感节点S移动带来的影响,保证信息传输的可靠性;基于收集盲区计算算法,可达到较高的网络覆盖率,保证数据收集的可靠性。并提出一种凝聚层次的聚集算法,对Fusion节点的移动协调控制,解决相邻区域节点重叠收集的问题,消除收集冗余,提高网络生存周期。在算法实现的基础上,采用NS-2网络模拟软件进行网络模拟,实验结果表明,节点移动控制策略能很好的解决多层节点移动带来的网络不稳定、信息丢失率高等问题,只需布置少量的Fusion节点,即可获得较高的网络覆盖率和较低的数据丢失率,且非常适用于大规模的无线传感网络。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 课题来源
• 1.3 本文主要工作
• 1.4 组织结构安排
• 第二章 移动传感网络概况
• 2.1 无线传感器网络简介
• 2.1.1 网络体系结构及特点
• 2.1.2 关键技术
• 2.2 移动传感网络的特性
• 2.3 国内外相关研究
• 2.3.1 移动模型
• 2.3.2 移动收集
• 2.3.3 移动节点部署
• 2.4 提出一种新型的多层移动结构
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于有界VORONOI 划分的移动控制策略设计
• 3.1 有界VORONOI划分
• 3.1.1 Voronoi 划分
• 3.1.2 有界Voronoi 划分
• 3.2 FUSION节点区域移动控制策略设计
• 3.2.1 区域划分
• 3.2.2 收集盲区计算算法
• 3.2.3 Fusion 节点的区域受控移动路径
• 3.3 移动协调控制
• 3.3.1 凝聚层次的聚集算法
• 3.3.2 算法分析
• 3.4 移动控制策略总体流程图
• 3.5 关键算法实现
• 3.5.1 Voronoi 区域顶点坐标的计算
• 3.5.2 其它关键算法的实现方法
• 3.6 本章小结
• 第四章 网络模拟与结果分析
• 4.1 NS-2 概述
• 4.1.1 主流网络模拟软件比较
• 4.1.2 NS-2 工作原理
• 4.1.3 无线移动节点模型
• 4.2 使用NS-2 进行网络模拟
• 4.2.1 实验环境
• 4.2.2 NS-2 进行网络模拟的方法和过程
• 4.3 网络模拟程序设计
• 4.3.1 定义元素与网络参数
• 4.3.2 生成模拟对象和跟踪文件
• 4.3.3 生成模拟场景
• 4.3.4 模拟退出处理
• 4.3.5 网络模拟结果
• 4.4 实验结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间参与的课题
• 致谢