基于虚拟网格的无线传感器网络节点部署研究

摘要

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）作为在互联网蓬勃发展的大背景下的一种新兴事物，在工业、军事、环境等领域发挥了重要作用。在实际的应用当中，大多数的节点以随机抛撒的方式部署在监测区域当中，节点的合理部署与否直接影响无线传感器网络的覆盖效果及监测区域的配置成本。因此，本文以无线传感器网络节点部署问题为主要研究对象，针对节点的动态部署和静态部署两种不同的部署方式，分别展开了相关的分析和研究。
　　对于二维空间的同构节点部署问题，本文提出了一种基于蜂窝网格的变步长节点部署算法。将监测区域进行正六边形网格划分，利用网格中心位置信息，以及随机撒布的节点的位置信息，每个节点找到自己的目标网格，目标网格中心即为该节点部署位置。根据待部署节点与相应目标网格顶点之间的距离信息，控制节点的移动距离。当距离大于最大移动步长时，以最大移动步长移动;当距离小于最大移动步长时，以当前距离为移动步长;当节点恰好位于目标网格中心时，移动距离为零。与此同时，考虑具有一定旋转角度的蜂窝网格结构对节点部署的影响，为验证算法的鲁棒性提供了可靠的依据。仿真结果表明，该算法具有很快的收敛速度，相比传统的虚拟力算法，监测区域能够获得至少95％以上的覆盖率，而节点的平均移动距离则相对减少19％以上。
　　对于二维空间的异构节点部署问题，本文提出了一种基于正三角形网格剖分的异构节点静态部署算法。首先建立感知半径异构的节点区域覆盖模型，并确定实现覆盖率函数取得最大值时的两种异构节点的最佳感知半径之比。利用网格单元顶点及中心位置信息，在正三角形网格单元的顶点处部署感知半径较大的节点，在网格单元中心部署感知半径较小的节点，使不同感知半径的节点得到充分利用，保证监测区域的覆盖率要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究意义

1．2 无线传感器网络节点部署研究现状

1．2．1 基于虚拟力的节点部署研究

1．2．2 基于多边形网格的节点部署研究

1．2．3 基于人工智能算法的节点部署研究

1．2．4 基于部署密度、能耗等的节点部署研究

1．2．5 异构传感器节点部署研究

1．2．6 三维空间传感器节点部署研究

1．3 主要工作及论文的组织结构

2 无线传感器网络节点部署概述

2．1 无线传感器网络的体系结构

2．2 节点部署的理论基础

2．2．1 基本概念

2．2．2 节点感知模型

2．2．3 节点部署方式

2．2．4 网络覆盖分类

2．2．5 节点部署的评价指标

2．3 节点部署模型建立

2．3．1 场景描述

2．3．2 部署模型建立

2．4 节点部署中的网格划分

2．5 本章小结

3 基于蜂窝网格的变步长节点部署研究

3．1 问题提出

3．2 基于蜂窝网格的变步长节点部署算法

3．2．1 基本网格结构划分

3．2．2 部署算法实现

3．3 算法仿真及结果分析

3．3．1 算法仿真

3．3．2 结果分析

3．4 本章小结

4 异构无线传感器网络节点部署研究

4．1 问题提出

4．2 异构无线传感器网络节点部署算法

4．2．1 异构节点区域覆盖建模

4．2．2 监测区域异构节点部署

4．2．3 监测区域网格划分

4．3 算法仿真及结果分析

4．3．1 算法仿真

4．3．2 结果分析

4．4 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢