無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署及拓?fù)渲貥?gòu)問題研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的諸個(gè)傳感器經(jīng)由無線通信方式構(gòu)成的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其作用是合作地感知、采集及處理監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)狀態(tài)信息，并將信息傳遞給觀測者。要發(fā)揮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的作用、良好實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，首先就需要科學(xué)部署傳感器節(jié)點(diǎn)的位置、構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。節(jié)點(diǎn)部署是否合理很大程度上決定了網(wǎng)絡(luò)的性能，同時(shí)還會影響網(wǎng)絡(luò)資源的管理。針對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量會隨著網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行而逐漸下降的現(xiàn)象，本文重點(diǎn)研究了感知能力異構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)部署及拓?fù)渲貥?gòu)問題。

2、主要研究工作如下:
　　(1)研究了有向傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)部署和拓?fù)渲貥?gòu)問題。針對確定性部署網(wǎng)絡(luò)和隨機(jī)部署網(wǎng)絡(luò)，分別提出了集中式的貪婪優(yōu)化部署算法和分布式的節(jié)點(diǎn)感知方向調(diào)節(jié)算法，使得網(wǎng)絡(luò)在滿足覆蓋需求的同時(shí)，減少網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成本和活躍傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目，進(jìn)而達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)能耗、提高通信質(zhì)量的目的。為了均衡網(wǎng)絡(luò)能耗，還設(shè)計(jì)了一種分布式的冗余節(jié)點(diǎn)調(diào)度協(xié)議，用于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲貥?gòu)。
　　(2)針對一類不確定事件監(jiān)測問題，提出了一種事件驅(qū)動的傳感器網(wǎng)

3、絡(luò)部署方法。初始部署階段采用隨機(jī)深度調(diào)節(jié)的方法讓節(jié)點(diǎn)均勻分布，以捕捉到更多的事件。重部署階段節(jié)點(diǎn)則根據(jù)探測到的事件信息，基于虛擬力的方法進(jìn)行移動。通過引入分簇控制的思想，把節(jié)點(diǎn)移動范圍限制在各個(gè)簇內(nèi)，從而降低重部署的規(guī)模，保證了網(wǎng)絡(luò)的連通性。并針對運(yùn)動事件，給出了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)機(jī)制。
　　(3)在沒有地理位置信息的情況下，設(shè)計(jì)了一種基于閉合包圍的冗余節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法。首先，文中給出并證明了基于閉合包圍節(jié)點(diǎn)集的冗余節(jié)點(diǎn)以及覆蓋空洞邊界節(jié)

4、點(diǎn)的判定規(guī)則。然后，提出了冗余節(jié)點(diǎn)調(diào)度方法，包括節(jié)點(diǎn)的休眠調(diào)度和覆蓋空洞修復(fù)兩個(gè)方面。該機(jī)制可以在保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能的同時(shí)有效減少活躍節(jié)點(diǎn)數(shù)目。最后，給出了基于該冗余節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)機(jī)制。
　　(4)針對傳感器網(wǎng)絡(luò)難以實(shí)現(xiàn)完全覆蓋的情況，研究了陷阱覆蓋方式下陷阱空洞的檢測和修復(fù)，提出了分布式的檢測和修復(fù)方法。陷阱空洞檢測方法利用有效弧段的概念，可以讓節(jié)點(diǎn)分布式自主地確定空洞邊界曲線，從而得到精確的空洞信息，判斷出該空洞是否是陷

5、阱空洞。陷阱空洞修復(fù)方法則是基于邊權(quán)圖概念，通過多輪計(jì)算確定新增節(jié)點(diǎn)的位置。
　　(5)為解決網(wǎng)絡(luò)連通問題，提出一種初始部署階段用于改善網(wǎng)絡(luò)容錯性能的網(wǎng)絡(luò)分裂預(yù)防機(jī)制。該機(jī)制可以分布式執(zhí)行，而且每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需要知道一跳鄰居節(jié)點(diǎn)的信息，因而該方法亦可擴(kuò)展到大型網(wǎng)絡(luò)中使用。該機(jī)制由兩部分組成:第一，利用基于本地最大單純復(fù)形的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)檢測算法，自主地確定自己是否是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械年P(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，并為每個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)指派一個(gè)備份節(jié)點(diǎn);第二，根據(jù)貪婪規(guī)則，