无线传感器网络中的覆盖优化算法与连通问题研究

摘要

无线传感器网络是当今国际国内学术研究备受关注的、多学科交叉的前沿热点领域，它的发展得益于计算、通信、传感等技术的大力进步。无线传感器网络有着广泛的应用前景，在工业界和学术界都引起了广泛的关注。覆盖和连通问题是无线传感器网络中的基本问题，是直接影响网络性能和服务质量的关键因素之一。覆盖与连通问题也直接影响着网络能否正常工作，以及网络寿命、能耗，服务质量等诸多问题。所以，对覆盖与连通问题的研究有着及其重要的理论意义和现实意义。 本文在对国内外无线传感器网络覆盖与连通问题的研究进行详细分类的基础上，研究确定性网络与随机分布网络的覆盖优化问题，并同时兼顾了网络的连通性问题。本文旨在充分利用每个传感器节点的圆形传感覆盖范围，得出监测区域面积、传感器节点数及节点传感覆盖范围之间的关系。 对于确定性布置节点网络，通过理论证明与数学推导，提出了确定性网络的正六边形网格划分方法。计算结果表明，该正六边形网格划分方法比传统的正方形网格划分方法使用更少的节点数，而且在数据长距离传输上能耗更少。正六边形网格划分方法显示了很好的特性。 对于随机布置节点网络，本文通过利用节点的传感半径划分正六边形网格来研究网络的覆盖性。通过大量的数学推导、理论证明与计算，得出正六边形网格内节点数与完全覆盖的关系。最后通过泊松分布的特性得出了整个网络需要的节点数与网格数的关系。从最后的计算结果可以看出，实现网络无缝覆盖需要很高的节点密度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1无线传感器网络概述

1.2无线传感器网络特点

1.3无线传感器网络应用

1.4无线传感器网络研究热点

1.5主要研究工作与内容安排

第2章无线传感器网络覆盖优化与连通问题分析

2.1研究意义

2.2覆盖优化与连通问题分析

2.2.1覆盖优化问题分析

2.2.2连通问题分析

2.2.3其他问题分析

2.3覆盖优化与连通问题的相关算法

2.4路由协议中的覆盖与连通问题分析

2.4.1LEACH协议

2.4.2 Directed Diffusion协议

2.5本章小结

第3章覆盖优化与连通问题主要算法研究

3.1概述

3.2节点调度算法

3.2.1基于节点覆盖的冗余节点计算规则

3.2.2基于冗余节点计算规则的节点调度算法

3.2.3节点调度算法特点分析

3.3 SPAN

3.3.1协调节点选择算法

3.3.2协调节点退出规则

3.3.3 SPAN特点分析

3.4覆盖配置协议CCP

3.4.1算法描述

3.4.2 CCP的状态转换

3.4.3 CCP特点分析

3.5本章小结

第4章确定性网络的覆盖优化问题研究

4.1问题描述

4.2理论基础

4.3正六边形网格划分方法

4.4结果比较

4.4.1节点数比较

4.4.2能耗比较

4.5本章小结

第5章随机布置节点网络的覆盖优化问题研究

5.1模型建立和问题描述

5.2节点对正六边形的覆盖优化问题分析

5.2.1正六边形中只有一个节点

5.2.2正六边形中有2个节点

5.2.3正六边形中有3个及以上节点

5.3泊松分布的最大可能值

5.4本章小结

第6章总结和展望

6.1研究工作与总结

6.2展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果