面向特定QoS需求的无线传感器网络优化设计方法研究

摘要

随着无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）的广泛应用，针对WSN的优化设计方法也得到了越来越多的关注。WSN由于其传感器节点自身能力以及无线传输方式的限制，在设计中很难使每个技术指标都达到最优。鉴于此，服务质量（Quality of Service，QoS）被引入WSN的设计中，使得WSN的设计目标从技术指标最优化转向用户满意度最大化，但是，目前现有的研究大多只针对单个或少数几个QoS进行WSN的优化设计，并且这些设计主要集中在单个网络层上，而对于多个QoS，从网络整体进行设计的研究还比较少。在此背景下，本文提出了一种将用户的多个QoS需求进行分解，转换为底层技术指标并加以实现的WSN优化设计方法。
　　首先，从用户的特定QoS需求出发，引入质量功能展开思想，对QoS需求进行层次分解，将QoS需求映射到具体的技术指标上，得到了各技术指标的重要度，在此基础上对用户满意度进行量化，建立了技术指标最优配置模型。通过求解技术指标最优配置模型便可得到各技术指标的量化值，从而指导整个WSN的设计。
　　其次，在获得具体技术指标之后，着重针对WSN设计中的一个重要阶段——网络部署阶段进行了详细研究，提出一套满足覆盖度、可靠性以及连通度指标的部署方案。对于覆盖度指标，分别对同构传感器和异构传感器、确定性覆盖和随机覆盖进行了研究；对于可靠性指标，研究了同时考虑节点可靠性和传输线路可靠性时网络的可靠性；对于连通度指标，分别对确定性覆盖和随机覆盖下的连通度进行了研究。上述研究均通过理论推导或仿真实验获得了节点密度和各技术指标之间的关系曲线，从而对如何部署网络提供指导。
　　最后，设计实现了一个WSN优化设计工具，该工具对本文的QoS分解优化方法提供了可视化支持，能够在网络部署阶段提出满足需求的详细部署方案。此外，该工具还实现了一个仿真平台，利用此平台可以对本文研究的可行性提供一系列验证。

目录

面向特定QoS需求的无线传感器网络优化设计方法研究

Research on Wireless Sensor Network Optimization Design Method for Particular QoS Requirements

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 课题来源

1.1.2 课题研究目的及意义

1.2 与课题相关的国内外研究综述

1.2.1 国内外关于WSN技术的研究现状

1.2.2 国内外关于面向QoS的WSN优化设计的研究现状及分析

1.3 本文的主要研究内容

1.3.1 WSN的QoS分解优化方法

1.3.2 网络部署阶段关键QoS指标实现的优化算法

1.3.3 WSN优化设计工具的设计与实现

1.3.4 论文结构

第2章 WSN的QoS分解优化方法

2.1 QoS需求分解

2.2 技术指标最优配置

2.3 算例

2.4 本章小结

第3章 网络部署阶段关键QoS指标实现的优化算法

3.1 覆盖度

3.1.1 完成K覆盖所需节点密度的下界

3.1.2 同构传感器的覆盖问题研究

3.1.3 异构传感器的覆盖问题研究

3.2 可靠性

3.2.1 节点可靠性研究

3.2.2 网络可靠性研究

3.3 连通度

3.3.1 确定性覆盖

3.3.2 随机覆盖

3.4 本章小结

第4章 WSN优化设计工具的设计与实现

4.1 系统总体设计

4.2 系统详细设计

4.2.1 QoS分解模块

4.2.2 部署模块

4.2.3 参数管理模块

4.2.4 仿真演示模块

4.3 系统测试案例

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢