WSN中节点布置及联盟结构生成问题研究

摘要

节点布置是无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)的一个基本问题，是对监测区域的有效覆盖，也是网络初始化的第一个环节。节点布置的好坏关系到网络的资源配置，直接决定了传感器网络环境感知、信息获取和有效传输的效果，进而影响传感器网络的服务质量。当节点布置完成以后，节点以何种方式组织在一起协同工作，也是网络正常工作以前需要解决的一个问题。本文正是基于以上两个方面的问题，展开研究。
　　 论文研究的主要内容及创新之处：
　　 (1)提出了一种兼顾网络覆盖率和连通性的事件驱动的节点布置方案。在节点布置方面，基于事件驱动的节点布置是该领域新兴的研究课题，它是以网络中的事件为主导，旨在实现节点对事件的有效覆盖，且节点布置体现出事件的密度差异。已有的自组织图(Self Organizing Maps，SOM)方法虽然具有较高的事件覆盖率，但在某些情况下仍然会出现部分节点被排斥在事件区域以外，无法对事件进行覆盖。此外SOM方法没有考虑节点连通性问题。本文正是针对上述问题，设计了一种适用范围更广且兼顾网络覆盖率和连通性的节点布置方案。仿真结果证明了该方案的有效性。
　　 (2)设计了一种基于离散粒子群的网络联盟结构生成算法。在网络节点布置完成以后，网络的拓扑结构设计是一个重要问题。“联盟”结构已被证明为较“簇”结构更为能量有效的拓扑结构。联盟结构的生成是该领域研究的关键问题之一。本文基于离散粒子群优化算法求解联盟结构的生成，设计了相应的算法，并通过仿真实验验证了算法的有效性。
　　 通过以上两方面的工作，构建了一种无线传感器网络初始化方法。

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论文说明：图表目录

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致谢

第一章 绪论

1.1无线传感器网络

1.1.1无线传感器网络简介

1.1.2无线传感器网络节点的结构

1.1.3无线传感器网络系统架构

1.1.4无线传感器网络的特点

1.1.5无线传感器网络的应用领域

1.1.6无线传感器网络的性能评价

1.1.7无线传感器网络的关键技术

1.2无线传感器网络结构初始化问题的研究现状

1.2.1无线传感器网络节点布置问题的研究现状

1.2.2无线传感器网络簇和联盟初始化问题的研究现状

1.3论文的内容与结构

第二章 无线传感器网络节点布置智能优化方法

2.1无线传感器节点感知模型

2.1.1二元感知模型(圆盘模型)

2.1.2概率感知模型

2.2 VFA算法描述和分析

2.2.1 VFA的算法思想

2.2.2 VFA算法的优势和不足

2.3 SOM算法描述和分析

2.3.1 SOM的算法思想

2.3.2 SOM算法的仿真结果

2.3.3 SOM算法的优势和不足

2.4本文提出的改进方法

2.4.1 SOM算法覆盖率的改进

2.4.2 SOM算法连通性的改进

2.5仿真实验

2.6本章小结

第三章 无线传感器网络中联盟结构初始化算法

3.1问题描述

3.2能量模型

3.3粒子群优化算法

3.3.1离散粒子群优化算法

3.3.2粒子进化的多粒子群算法

3.4可行性分析

3.5算法设计

3.6算法流程

3.7仿真试验

3.8本章小结

第四章 总结与展望

4.1论文工作总结

4.2未来工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参与项目与获奖情况