水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署算法研究.pdf

1、水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Underwater Wireless Sensor Networks,UWSN）是由多個(gè)具有信息感知、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、水聲通信等功能的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的水下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。由于海洋資源日益受到各國(guó)重視，水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已逐漸成為一個(gè)熱門的研究課題。目前，水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究主要針對(duì)節(jié)點(diǎn)部署、節(jié)點(diǎn)定位、時(shí)間同步、能效策略、水下安全等方面。其中，節(jié)點(diǎn)部署既與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)質(zhì)量關(guān)系密切，又是后續(xù)各種協(xié)議和算法的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。因此

2、，如何設(shè)計(jì)合理有效的節(jié)點(diǎn)部署策略成為水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中最基本的問題。
　　水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署策略可分為隨機(jī)性部署和確定性部署兩大類。對(duì)于確定性部署，按照對(duì)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)能力的假定，可分為靜態(tài)部署、移動(dòng)受限部署、自由移動(dòng)部署三類。AUV等技術(shù)的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)在水下環(huán)境中沿各個(gè)方向自由移動(dòng)提供了可能，出現(xiàn)了不少水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自由移動(dòng)部署算法。但是，該類算法仍存在一些不足之處，如算法通常只考慮網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，卻忽略了網(wǎng)絡(luò)連通

3、率、網(wǎng)絡(luò)部署能耗、網(wǎng)絡(luò)生存周期等其他優(yōu)化指標(biāo)。為此，文章展開了如下研究：
　?。?）由于現(xiàn)有的節(jié)點(diǎn)非均勻部署算法很難在確保網(wǎng)絡(luò)覆蓋率的同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通率和生存周期進(jìn)行優(yōu)化，本文提出了一種基于分簇的節(jié)點(diǎn)非均勻部署算法。在分簇的同時(shí)對(duì)節(jié)點(diǎn)通信半徑進(jìn)行異構(gòu)處理，并定義了綜合貢獻(xiàn)度，用綜合貢獻(xiàn)度較小的節(jié)點(diǎn)替代在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中即將死亡的節(jié)點(diǎn)。仿真結(jié)果表明，所提出的算法能使網(wǎng)絡(luò)獲得更好的覆蓋率和連通率，并能減少節(jié)點(diǎn)總移動(dòng)距離、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存周期。

4、r>　?。?）由于現(xiàn)有的節(jié)點(diǎn)部署算法很難使網(wǎng)絡(luò)在確保全連通的前提下提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，且未對(duì)部署過程中的通信能耗和移動(dòng)能耗進(jìn)行優(yōu)化，本文提出了一種基于連通支配集的節(jié)點(diǎn)部署算法。當(dāng)節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)播撒在水下三維監(jiān)測(cè)空間后，未連通的節(jié)點(diǎn)移向Sink節(jié)點(diǎn)直至網(wǎng)絡(luò)達(dá)到全連通，之后Sink節(jié)點(diǎn)進(jìn)行集中式優(yōu)化計(jì)算，確定網(wǎng)絡(luò)連通支配集，并對(duì)非連通支配節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。仿真結(jié)果表明，所提出的算法既能使網(wǎng)絡(luò)保持全連通，又能使網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)較高覆蓋率，同時(shí)減少部署過程

5、中的通信能耗和移動(dòng)能耗。
　　（3）由于現(xiàn)有的節(jié)點(diǎn)重部署算法很難在充分考慮節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的前提下，以盡量少的網(wǎng)絡(luò)能耗改善網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中的覆蓋率和連通率，本文提出了一種基于分層連通樹的節(jié)點(diǎn)重部署算法。首先，各節(jié)點(diǎn)通過自檢調(diào)整避免運(yùn)動(dòng)至監(jiān)測(cè)空間外；然后，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行逐級(jí)分層，變成以Sink節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的分層連通樹；最后，Sink節(jié)點(diǎn)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、網(wǎng)絡(luò)連通率、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)耗能，對(duì)分層連通樹中的葉子節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。仿真結(jié)果表明，所提出的算法能夠