无线传感器网络的可靠部署方案研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:snower2010
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随着微电子技术、无线通信技术、计算技术以及嵌入式处理等技术的快速发展和日益成熟,新兴的具有无线通信和感知能力的无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)应运而生,得到了学术界和工业界的广泛关注与研究。节点部署问题作为无线传感器网络的基础问题之一,是无线传感器网络运行、应用实现的基础。传感器节点可能任意分布在配置区域,它反映了一个无线传感器网络某区域被监测和跟踪的状况。节点部署对提高传感器网络的生存能力具有重要意义,是规划和设计无线传感器网络的关键。通过对节点的合理部署,将在一定程度上提高整个网络的性能,以及扩大对监测区域的覆盖程度。本文将围绕这一主题,在传感器节点部署上展开深入研究与仿真分析,重点研究了两个问题:第一,研究了随机部署的无线传感器网络的容错性修复部署问题。连通性是无线传感器网络中一个至关重要的问题,只有保证网络连通才能使得网络中采集的数据成功传输到观察者。与此同时,为了保证网络的可靠性,即某些节点的故障不至于破坏整个网络的连通,容错性也是非常关键的。本文在考虑上述两个因素的情况下,设计了一种传感器网络修复部署算法,保证网络的k-连通和容错特性。首先建立了该问题基于图的网络模型;然后,基于该网络模型,分别提出了部分k-连通修复算法和完全k-连通修复算法;接着,分析了所提算法的计算复杂度(包括计算时间复杂度和存储空间复杂度);最后,论文对该问题进行了仿真与性能分析,仿真结果表明所提出的两个修复部署算法具有较好的性能。第二,研究了线型无线传感器网络的优化部署问题。为提高线型传感器网络的生命周期,避免均匀部署带来的“能量空洞”问题,提出了一种基于粒子群模型的优化部署策略。首先建立了基于流量约束的线型网络模型,接着根据该模型提出一个节点最优布置问题。在此优化问题中,以通过理论分析而来的网络寿命表达式作为目标函数。然后,基于智能优化理论,提出了一个基于粒子群算法的优化策略对所提优化问题求解,优化过程中的最优解作为节点的最终布置位置;最后,仿真结果显示所提出的基于粒子群算法的优化策略可以在较大程度上改善系统性能。
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