水下無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋控制策略與算法研究.pdf

1、水下無線傳感器網(wǎng)絡(Underwater Wireless Sensor Networks, UWSNs)是由具有自主計算能力的傳感器節(jié)點在水環(huán)境中自組織形成的網(wǎng)絡監(jiān)測系統(tǒng)，通常應用于水下信息或資源的收集和探測、水下災難預警和領(lǐng)海軍事防御等領(lǐng)域。UWSNs的研究包括網(wǎng)絡覆蓋控制、節(jié)點定位、時間同步、水下通信安全和網(wǎng)絡能效性等方面。網(wǎng)絡覆蓋控制作為其他研究內(nèi)容的前提具有重要的研究意義。水下無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋控制問題包括網(wǎng)絡節(jié)點部署、網(wǎng)絡K

2、覆蓋、網(wǎng)絡覆蓋保持和空洞修復等方面。本文主要研究節(jié)點部署問題和網(wǎng)絡K覆蓋問題。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對移動受限節(jié)點自部署中現(xiàn)有算法存在的問題，提出基于不均勻分簇半徑可調(diào)的水下無線傳感器節(jié)點自部署算法。算法首先根據(jù)與Sink節(jié)點的距離對網(wǎng)絡節(jié)點進行不均勻分簇，從而形成不均勻的網(wǎng)絡布局；然后簇頭節(jié)點構(gòu)建與Sink節(jié)點的連通路徑保證網(wǎng)絡連通；最后，簇頭節(jié)點通過維持水面不均勻布局來調(diào)節(jié)自身深度，并以最小化簇內(nèi)節(jié)點跳數(shù)為前提，優(yōu)化簇

3、內(nèi)節(jié)點位置。仿真結(jié)果表明，該算法可以提高網(wǎng)絡可靠性，均衡和降低網(wǎng)絡能耗，同時提升網(wǎng)絡覆蓋率。⑵針對移動自由節(jié)點自部署中現(xiàn)有算法存在的問題，提出基于鴿群優(yōu)化的水下無線傳感器節(jié)點自部署算法。首先，Sink節(jié)點尋找一跳節(jié)點并最大化一跳區(qū)域網(wǎng)絡覆蓋率；隨后一跳節(jié)點對網(wǎng)絡進行分層和分簇，同時簇頭節(jié)點構(gòu)建與Sink節(jié)點的連通路徑以保證網(wǎng)絡連通；最后，簇頭節(jié)點以節(jié)點移動距離與覆蓋冗余度的比值為目標，采用鴿群算法優(yōu)化節(jié)點部署位置。仿真結(jié)果表明，該算法可

4、以提高網(wǎng)絡連通率和網(wǎng)絡可靠性，降低網(wǎng)絡部署能耗，并在一定程度上提高了網(wǎng)絡覆蓋率。⑶針對網(wǎng)絡 K覆蓋中現(xiàn)有算法存在的問題，提出分布式能量有效的水下無線傳感器網(wǎng)絡事件K覆蓋算法。該算法根據(jù)節(jié)點的鄰居節(jié)點數(shù)和平均剩余能量及與事件的距離來競爭管理節(jié)點；隨后，管理節(jié)點計算各節(jié)點被其管理的事件選擇的概率；最后，各管理節(jié)點以其鄰居節(jié)點的期望能耗，剩余能量方差以及探測性能為目標建立多目標優(yōu)化模型，并選擇最優(yōu)調(diào)度策略。仿真結(jié)果表明，該算法能均衡和降低網(wǎng)絡