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(jī)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(jiǎn)稱WSN)應(yīng)運(yùn)而生，將邏輯上的信息世界與真實(shí)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(duì)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(gè)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(diǎn)能量、無線網(wǎng)絡(luò)通信帶寬、網(wǎng)絡(luò)計(jì)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(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中如何進(jìn)行覆蓋部署與實(shí)施拓?fù)淇刂品椒ㄏ嚓P(guān)關(guān)鍵問題進(jìn)行了深入研究，主要包括四個(gè)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?guó)內(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(dòng)態(tài)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣：鸵苿?dòng)無線傳感器網(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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)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(xiàng)目No.48013)的支持。論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下： (1)針對(duì)WSN中的三維空間隨機(jī)最佳覆蓋NP難(Non-deterministic Polynomial)問題，采用計(jì)算幾何與圖論著色方法建立了三維空間的隨機(jī)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(jì)了一種可以實(shí)現(xiàn)WSN三維空間最佳覆蓋的優(yōu)化路由協(xié)議。最后進(jìn)行了協(xié)議算法的性能評(píng)價(jià)以及最佳覆蓋和網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間的實(shí)驗(yàn)仿真。 (2)建立了一種描述具有復(fù)雜動(dòng)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(chǎng)與連續(xù)分析方法進(jìn)行理論分析，最終得到了該模型所描述的動(dòng)態(tài)WSN拓?fù)淦骄?jié)點(diǎn)度變化規(guī)律。并對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)度變化/概率分布、平均路徑長(zhǎng)度、群集系數(shù)及網(wǎng)絡(luò)擁塞影響等幾個(gè)可反映動(dòng)態(tài)拓?fù)涮卣鞯膮?shù)進(jìn)行了模型性能評(píng)價(jià)。同時(shí)與相

5、關(guān)模型進(jìn)行的仿真比較，驗(yàn)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(dòng)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(dòng)WSN能量?jī)?yōu)化為目標(biāo)，采用計(jì)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(diǎn)只需要在本地選擇通信鄰居并動(dòng)態(tài)調(diào)整傳輸半徑，來構(gòu)造一個(gè)全局能量有效的路由拓?fù)?。仿真結(jié)果表明，