无线传感器网络中节点部署优化算法研究

摘要

节点的优化部署是无线传感器网络研究中的重要领域。通过网络节点的优化部署方案不但可以满足网络的覆盖性和连通性，还可以提高路由协议和MAC协议的效率。 本论文研究的一个问题是如何通过节点的部署策略来平衡网络负载，提高网络生存期；另一个研究问题是通过对移动锚节点的路径规划设计来更好的实现目标定位。论文的主要研究内容包括： 1、研究了在无线传感器网络中部署超能节点对网络负载和生存期的作用，并提出了最小化最大瓶颈负载算法。该算法可以确定在静态网络中超能节点的最佳的部署位置和在动态网络中部署超能节点的优化移动轨迹，论文同时给出了相应的路由算法。经理论分析、仿真和实验，表明最小化最大瓶颈负载算法可有效提高网络的生存期。 2、通过调整不同位置节点的传递半径进行能量平衡，即增大负载轻节点的传递半径，减小负载重节点的传递半径，从而达到能量平衡的目的，并根据不同节点的传递半径来进行部署。论文中给出了线性网络节点间距离与负载的关系，同时给出了提高网络生存期的最优节点密度。与均匀部署策略想比，这种基于能量平衡的部署算法显著提高了网络的生存期。 3、提出了根据不同位置节点的能耗来分配节点的初始能量的能量分配算法，也就是耗能高的节点分配的初始能量高，耗能低的节点分配较少的初始能量，从而达到延长网络生存期的目的。 4、对相对定位方法在减少能耗方面进行了改进。波图定位算法是一种相对定位方法，而已有的文献中没有对波距大小进行讨论，论文根据最小能耗的距离计算波距，对每个节点进行相对定位，并在定位的基础上给出了基于最小能耗的路由算法，对后继节点的确定和选择给出了详细的算法。 5、提出了一种基于移动信标的双圆定位算法，即在一个静态的待定位的网络中部署一个动态的信标节点或者锚节点，这个锚节点分别围绕两个圆心绕圆环运动，通过这种环绕完成对整个网络的双重覆盖，最后利用正弦定理计算每个节点的位置。本文没有采用以往的根据接收信号强度(RSSI)计算距离的方法，而只是根据信号强度决定节点在不同的圆心坐标系下的角度，这种算法在RSSI与距离的关系成反比的情况下，可以达到较高的定位精度，并且移动路径和定位方法简单，可实现性强。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1无线传感器网络中节点部署算法研究现状

1.1.1随机部署和控制性部署

1.1.2静态部署和动态部署

1.1.3异构网络部署

1.2无线传感器网络部署策略的优化问题

1.2.1区域覆盖性

1.2.2网络连通性

1.2.3 网络生存期

1.2.4基于定位的锚节点优化部署

1.3本论文的研究内容

1.4本论文的组织结构

2 利用超能节点提高网络生存期的部署研究

2.1引言

2.2相关工作

2.3能量模型和生存期定义

2.3.1能量模型

2.3.2网络生命期

2.4线性网络超能节点的优化部署

2.4.1网络没有部署超能节点

2.4.2超能节点是基站的邻节点

2.4.3超能节点位于线性网络的二分之一处

2.4.4基站位于线性网络的一端时超能节点的最优位置

2.4.5基站与超能节点的位置同时进行部署规划

2.5圆形网络超能节点的优化部署

2.5.1网络模型

2.5.2移动方式

2.5.3动态超能节点部署在负载最重的一环

2.5.4最小化最大瓶颈负载算法

2.5.5多个超能节点最佳移动半径

2.5.6路由算法

2.6仿真结果

2.6.1线性网络静态超能节点部署

2.6.2圆形网络动态超能节点部署

2.7实验

2.7.1实验环境

2.7.2实验模型

2.7.3能量计算方法

2.7.4实验结果

2.8结论

3基于能量平衡的节点部署算法

3.1引言

3.2网络模型和能量模型

3.2.1网络模型

3.2.2能量模型

3.2.3网络生命期

3.3基于能量平衡的节点部署策略

3.3.1均匀部署的网络生存期

3.3.2基于能量平衡的节点部署策略(DBEEP部署)

3.4数值仿真结果

3.5实验

3.5.1实验分析

3.5.2实验过程

3.5.3实验结果

3.6结论

4异构网络中的能量分配算法

4.1引言

4.2网络能量模型及生存期定义

4.2.1网络模型

4.2.2能量模型

4.2.3生命周期定义

4.3初始能量分配策略

4.3.1两种初始能量节点的分配算法

4.3.2初始能量分配策略(IEA strategy)

4.4仿真结果

4.5实验

4.5.1实验过程

4.5.2实验结果

4.6结论

5一种基于最小能耗和波图定位系统的路由算法研究

5.1引言

5.2相关工作

5.3基于最小能耗和波图定位系统的路由算法

5.3.1最优跳距的确定

5.3.2基于最小能耗和波图定位系统的路由算法

5.3仿真

5.4结论

6基于一个移动信标的双圆定位算法

6.1引言

6.2相关的工作

6.3基于一个移动信标的双圆定位算法

6.3.1定位依据

6.3.2基于RSSI的双圆定位算法

6.4仿真与实验

6.5总结与讨论

7结束语

参考文献

致 谢

作者个人简历、论文发表情况及研究成果