水下无线传感器网络节点部署算法的研究

摘要

随着世界各国探索海洋热潮的不断兴起，无线传感器网络技术的应用不再拘泥于对陆地上信息的感知与获取，而逐渐向更为浩瀚的海洋进发。作为传统无线传感器网络在水下的延伸，水下无线传感器网络在海底矿产资源的勘探与开发、水污染防治、海啸与地震预警、导航定位以及军事战略部署等方面都拥有着广阔的应用前景，已经引起了业界研究人员的高度重视。　　水下无线传感器网络的迅猛发展在带来诸多机遇的同时，也面临着一些亟待解决的技术难题。一方面，水下信道因其传输速率低、延时高等复杂多变的特性，决定了现有的陆地通信协议与网络模型不能直接应用于三维水环境中；另一方面，作为水下无线传感器网络研究的基础问题，节点部署机制的优劣直接决定着整个网络对兴趣数据的感知、获取与处理能力。因此，本文围绕水下无线传感器网络的节点部署问题，讨论并分析了不同的部署算法下对网络覆盖性能的影响。研究的主要内容如下：　　针对水环境中节点的分层覆盖问题，提出了一种基于深度调节机制的水下无线传感器网络节点部署算法。该算法首先通过计算各水下传感器节点所对应的沃罗诺伊多边形面积完成调度节点的选取，其次根据调度节点的下沉距离进行深度调节，并最终实现一个层次化的三维节点部署目标。仿真实验结果证明，本文提出的部署方案在网络覆盖率及节点间的连通率方面均表现出良好的性能。　　为了更一步研究水下无线传感器网络中的节点冗余覆盖问题，针对随机部署的水下传感器节点，设计一种基于定向移动虚拟距离的节点部署策略。该策略将节点的移动过程分解为若干个步骤，各节点在每个步骤中都依据平衡距离与邻居节点的坐标关系进行位移调整，使网络中的节点从覆盖密集区域移动至稀疏区域，从而完成对目标监测水域最大范围的覆盖。仿真结果表明，该节点部署策略与随机部署机制相比，在降低冗余覆盖、减少网络开销方面有明显的改善。

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附表索引

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2水下无线传感器网络概述

1.3国内外研究现状

1.4研究内容与论文结构

第2章 水下无线传感器网络节点部署相关问题的研究

2.1水下无线传感器网络的节点覆盖控制问题

2.2水下无线传感器网络节点部署问题

2.3水下无线传感器网络信道特征

2.4常见的水下无线传感器网络节点部署算法

2.5节点部署策略的评价指标

2.6本章小结

第3章 基于一种深度调节机制的UWSNs节点部署算法研究

3.1系统模型

3.2水下无线传感器网络节点深度调节机制

3.3实验仿真与结果分析

3.4本章小结

第4章 基于虚拟距离的水下无线传感网覆盖算法研究

4.1虚拟力算法模型

4.2系统模型

4.3基于定向移动虚拟距离的UWSNs节点部署机制

4.4实验仿真与结果分析

4.5本章小结

总结与展望

1.总结

2.展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文