三維水下無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點部署算法研究.pdf

1、水下無線傳感器網(wǎng)絡(Underwater Wireless Sensor Networks, UWSNs)是由一些具有數(shù)據(jù)采集、信號處理、存儲、無線水聲通信等多功能的水下傳感器節(jié)點組成的水下環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。UWSNs已經(jīng)廣泛地應用于水環(huán)境信息采集、海底資源探測、海洋軍事監(jiān)控、水下災害預測等場合。近些年來，UWSNs已經(jīng)得到了全球許多臨海國家的政府部門、工業(yè)界和學術界的廣泛關注。UWSNs的研究通常涉及路由協(xié)議、拓撲控制、定位算法和節(jié)點部署

2、。其中，節(jié)點部署是相關研究的基礎，不僅直接影響網(wǎng)絡服務質量，而且關系到網(wǎng)絡后續(xù)的各種算法和協(xié)議設計。因此，本文就節(jié)點部署這一基礎而又關鍵的問題展開研究。節(jié)點部署通常是指，通過優(yōu)化節(jié)點所在的位置，提升網(wǎng)絡執(zhí)行性能的過程。根據(jù)節(jié)點是否具備移動能力的這一特性，可以將節(jié)點的部署算法劃分為三類，靜態(tài)部署、自由移動部署和深度調節(jié)部署。
　　本研究主要內容包括：⑴針對深度調節(jié)部署算法，提出了一種基于二維凸包和生成樹的深度調節(jié)部署算法。該算法利用

3、二維凸包幾何特性，以最少的激活節(jié)點滿足網(wǎng)絡首層的部署要求。同時，在深度調節(jié)過程中，實時保證生成樹的父子節(jié)點間的連通。仿真結果表明，該算法能保證網(wǎng)絡全連通，具有更高的網(wǎng)絡覆蓋率及更少的通信能耗，而且網(wǎng)絡的平均節(jié)點的度更高，因此具有更高的網(wǎng)絡可靠性。⑵針對自由移動部署算法，提出了一種于基于網(wǎng)絡分層的節(jié)點不均勻分簇部署算法。該算法針對現(xiàn)有的基于事件覆蓋的部署算法，根據(jù)水下網(wǎng)絡不同深度的通信和數(shù)據(jù)接收負載要求，推導分析出各層網(wǎng)絡的節(jié)點部署期望值

4、和分布密度。然后在分層的基礎上對各層網(wǎng)絡進行分簇，通信半徑異構的方法提高了網(wǎng)絡連通率，引入補救策略來均衡簇內節(jié)點的能量消耗和重構網(wǎng)絡拓撲，保證網(wǎng)絡在較長時間的數(shù)據(jù)采集周期內擁有較高的網(wǎng)絡覆蓋率和連通率。⑶針對初始部署后的網(wǎng)絡覆蓋保持問題，提出一種基于決策樹的網(wǎng)絡覆蓋保持路由算法。該算法通過生成多特征決策樹路由，選擇最佳的消息發(fā)送路徑，并用剪枝技術簡化決策樹模型并減少消息重轉發(fā)。仿真結果表明，該算法能夠保證網(wǎng)絡在較長時間處于相對較高覆蓋率