無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋與拓?fù)淇刂评碚撆c技術(shù)研究.pdf

1、近年來，隨著微機電系統(tǒng)、無線通信與信息網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的迅速發(fā)展，新興的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，簡稱WSN)應(yīng)運而生，將邏輯上的信息世界與真實的物理世界融合在一起，深刻地改變了人與自然的交互方式。如何根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境需要，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用具體的覆蓋部署策略與拓?fù)淇刂品椒ㄊ菬o線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一個基本且首要亟待解決的問題，直接關(guān)系到傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能量、無線網(wǎng)絡(luò)通信帶寬、網(wǎng)絡(luò)計算處理能力等受限資源的優(yōu)化

2、分配，很大程度決定了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)感知、監(jiān)視、傳感、通信等各種服務(wù)質(zhì)量目標(biāo)的改善。 論文針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中如何進行覆蓋部署與實施拓?fù)淇刂品椒ㄏ嚓P(guān)關(guān)鍵問題進行了深入研究，主要包括四個方面的內(nèi)容：首先，概括總結(jié)了近年來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋與拓?fù)淇刂蒲芯糠较驀鴥?nèi)外相關(guān)研究成果，歸納需要研究的問題；之后，分別開展了三維空間無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最佳覆蓋、動態(tài)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣：鸵苿訜o線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能拓?fù)淇刂频葐栴}的研究。并在研究基礎(chǔ)上，提出

3、了解決相應(yīng)問題的協(xié)議和算法，給出了分析和仿真結(jié)論。論文工作得到了國家自然科學(xué)基金項目(No.60572037)和北京交通大學(xué)優(yōu)秀博士生科技創(chuàng)新基金項目No.48013)的支持。論文主要創(chuàng)新點如下： (1)針對WSN中的三維空間隨機最佳覆蓋NP難(Non-deterministic Polynomial)問題，采用計算幾何與圖論著色方法建立了三維空間的隨機最佳覆蓋數(shù)學(xué)模型，給出了一種分布式啟發(fā)算法，得到了完成最佳覆蓋的低能量消耗路

4、徑。此基礎(chǔ)上設(shè)計了一種可以實現(xiàn)WSN三維空間最佳覆蓋的優(yōu)化路由協(xié)議。最后進行了協(xié)議算法的性能評價以及最佳覆蓋和網(wǎng)絡(luò)生存時間的實驗仿真。 (2)建立了一種描述具有復(fù)雜動態(tài)變化特征的WSN新型拓?fù)淠Ｐ?。在此模型基礎(chǔ)上采用平均場與連續(xù)分析方法進行理論分析，最終得到了該模型所描述的動態(tài)WSN拓?fù)淦骄?jié)點度變化規(guī)律。并對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點度變化/概率分布、平均路徑長度、群集系數(shù)及網(wǎng)絡(luò)擁塞影響等幾個可反映動態(tài)拓?fù)涮卣鞯膮?shù)進行了模型性能評價。同時與相

5、關(guān)模型進行的仿真比較，驗證了本論文模型的有效性、可用性和準(zhǔn)確性。 (3)提出了一種適用于移動WSN且不依賴全網(wǎng)信息的協(xié)作式能量有效拓?fù)淇刂茀f(xié)議——Co-ETC(Cooperative Energy-efficient Topology Control)。該協(xié)議以移動WSN能量優(yōu)化為目標(biāo)，采用計算幾何數(shù)學(xué)模型工具構(gòu)造協(xié)議路由圖，使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點只需要在本地選擇通信鄰居并動態(tài)調(diào)整傳輸半徑，來構(gòu)造一個全局能量有效的路由拓?fù)?。仿真結(jié)果表明，