无线传感器网络节点部署算法研究

论文摘要

作为新兴的无线传感器网络具有十分广阔的应用场景,包括军事、环境监测、目标追踪、科学观察和预报等领域。无线传感器网络中的节点部署问题,即通过一定的算法来布置无线传感器节点,优化现有的网络的资源,它决定着传感器节点监测物理空间的效果,进而影响传感器网络的服务质量。在实现各种网络协议和应用系统时,存在着一些现实约束,比如传感器节点体积微小,通常有能量十分有限的电池;但同时传感器节点个数多、分布区域广、部署区域环境复杂,通过充电或更换电池的方式来补充能源是不现实的,因此节能是无线传感器网络研究的重要目标。无线传感器网络的能量消耗直接决定了网络的使用寿命,通过有效配置传感器网络节点可以保证网络的有效覆盖性和连通性,也有利于节省节点的能量,延长网络的生命周期,更好更大地发挥网络的作用。论文选题源于课题组承担的国家科技部“863”研究计划项目,主要研究内容如下:介绍了无线传感器网络的网络体系结构,结合温室监控平台的实际项目提出了能量有效的一系列方案,另外,主要针对传感器网络以数据为中心的特点和温室的应用需求,提出了一套适用于温室监测系统的路由协议。在移动无线传感器网络中,要求节点通过自主部署使网络初始的随机配置变为满足一定覆盖性要求且位置和能量都均匀的一个分布,充分利用每个节点的能量来延长网络生命周期,更好更大地发挥网络的作用。本文针对移动网络,提出了一个基于虚拟力的引入概率移动机制的节点自部署算法,在保证网络覆盖性和连通性基础上,有效地改善了节点位置和能量的均衡性;实验表明新算法让能量的有效性得到进一步的提升,本文设计的算法比起已有的算法在网络能耗、位置和能量均匀度等多项指标上均表现出了更好的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.1.1 传感器网络节点
• 1.1.2 传感器网络分类
• 1.1.3 传感器网络的特点
• 1.1.4 传感器网络与其他网络的比较
• 1.2 无线传感器网络的研究意义
• 1.2.1 传感器网络面临的问题
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 本文工作及内容安排
• 第二章 温室监控平台协议设计
• 2.1 传感器网络体系结构
• 2.1.1 网络体系结构
• 2.1.2 温室监控平台中的模型设计
• 2.2 温室监控平台中的路由协议设计
• 2.2.1 定向扩散
• 2.2.2 命名
• 2.2.3 兴趣建立
• 2.2.4 梯度建立
• 2.2.5 数据传播
• 2.2.6 数据加强
• 2.3 本章小结
• 第三章 静态网络部署算法
• 3.1 传感器部署问题
• 3.1.1 部署方式
• 3.1.2 部署过程
• 3.1.3 部署手段
• 3.1.4 部署要解决的问题
• 3.2 静态网络部署概述
• 3.2.1 MAX.AVG.COV 与MAX.MIN.COV
• 3.2.2 整体-局部-增进算法
• 3.2.3 菱形网格放置方法
• 3.3 本章小结
• 第四章 移动网络的虚拟力部署算法
• 4.1 概述
• 4.2 移动网络部署算法
• 4.3 基本虚拟力算法
• 4.3.1 算法描述
• 4.3.2 现有的改进算法
• 4.3.3 网络模型
• 4.3.4 网络评价标准
• 4.4 能量有效的虚拟力算法
• 4.4.1 感知概率模型
• 4.4.2 节点数目
• 4.4.3 基于能量的移动概率
• 4.4.4 目标与障碍区域
• 4.4.5 算法描述
• 4.4.6 性能和仿真评价
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文