無線傳感器網(wǎng)絡結點配置問題研究.pdf

1、由傳感器、微處理器和無線通信接口組成的無線傳感器網(wǎng)絡(WirelessSensor Network)是采用全新的信息獲取和處理技術組成的新型網(wǎng)絡。它廣闊的應用前景使得它在醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測和軍事領域得到了飛速發(fā)展。目前有關無線傳感器網(wǎng)絡的研究引起了學術界和工業(yè)界的高度重視。 無線傳感器網(wǎng)絡結點配置，即通過一定的算法部署各種結點，優(yōu)化現(xiàn)有的網(wǎng)絡資源，以期網(wǎng)絡在應用中利用率最大或單個任務消耗量最小。它是無線傳感器網(wǎng)絡應用系統(tǒng)的一個基

2、本問題，決定著傳感器監(jiān)測物理空間的效果，影響傳感器網(wǎng)絡的服務質量。針對這些，研究尚存在許多有待深入和擴展的領域，如何設計專門的算法來更好地解決結點配置成為研究的熱點問題。本文將圍繞這一主題，密切結合特定應用背景，在優(yōu)化覆蓋和節(jié)能等結點配置的核心問題上展開研究。論文中的工作包括以下幾個方面： (1)在無線傳感器網(wǎng)絡中，概率覆蓋模型能夠比二元覆蓋模型更加準確地反映網(wǎng)絡的覆蓋狀況。本文研究了基于一種更為實用化概率檢測模型(引入x％-R

3、S的概念)的無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋優(yōu)化配置問題。在嚴格確保無線傳感器網(wǎng)絡連通性的條件下，優(yōu)化了傳感器結點配置數(shù)目并達到要求的覆蓋度，獲得具體的傳感器結點配置方案。為提高算法的效率，在分步優(yōu)化算法的基礎上嘗試一次循環(huán)配置多個傳感器結點。最后，通過模擬計算給出配置算法的性能。 (2)為實現(xiàn)傳感器結點的配置，隨機散布方式被廣泛地采用。這里主要研究了無線傳感器網(wǎng)絡結點隨機配置方式下的完全覆蓋和連通問題。通過對網(wǎng)絡完全覆蓋和連通的分析，給出完

4、全覆蓋概率、檢測半徑和結點數(shù)目之間的定量關系；分析了參數(shù)對配置的影響，對比高斯分布和均勻分布的配置特性，以指導傳感器網(wǎng)絡的結點部署。提出了完全覆蓋徑向連通的配置方案來優(yōu)化傳感器結點數(shù)目，從而降低網(wǎng)絡的配置代價。利用模擬仿真試驗來評定結論。 (3)兩層的無線傳感器網(wǎng)絡框架在實際的應用中越來越多地被采用，本文研究了基于兩層的無線傳感器網(wǎng)絡框架的網(wǎng)絡最大生命期優(yōu)化配置問題。網(wǎng)絡由兩類結點組成：傳感器結點(具有初始能量e<,0>)和簇頭

5、結點(具有初始能量e<,1>)，傳感器結點用來監(jiān)測周圍環(huán)境，簇頭結點用來確保傳感器結點和sink結點之間的連通。根據(jù)傳感器各結點配置位置和數(shù)據(jù)率，采用分步優(yōu)化的策略實現(xiàn)對簇頭結點優(yōu)化配置：首先，采用分簇方式將覆蓋地區(qū)劃分成許多子區(qū)域或簇：然后，在組內確定簇頭結點的位置；最后，用動態(tài)調整機制充分地優(yōu)化網(wǎng)絡生存期。大量仿真結果表明，該方法算法具有良好的生命期優(yōu)化效果。 (4)能量有限是無線傳感器網(wǎng)絡的主要特點之一，在數(shù)據(jù)的收集過程中