【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)是近幾年來各國(guó)專家學(xué)者研究的熱點(diǎn),其最大的特點(diǎn)就是能夠在未知的場(chǎng)景對(duì)未知環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析、處理及存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)等,應(yīng)用范圍較廣。然而隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及無線通信技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步,需要感知的信息在數(shù)量和多樣性方面都在不斷增長(zhǎng),導(dǎo)致了高能效實(shí)時(shí)收集信息的復(fù)雜性。與此同時(shí),作為機(jī)動(dòng)部署的高空作業(yè)平臺(tái),無人駕駛飛行器能夠協(xié)助遠(yuǎn)端傳感器采集信息的實(shí)時(shí)收集和傳輸。因此研究將無人機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的WSN進(jìn)行結(jié)合以優(yōu)化WSN的性能是具有重要意義的。本文的主要工作即是結(jié)合無人機(jī)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的WSN中存在的時(shí)延及能效問題進(jìn)行優(yōu)化。在無人機(jī)靜止與移動(dòng)場(chǎng)景下對(duì)相應(yīng)的問題進(jìn)行研究分析,以達(dá)到減少網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延,延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期的目的,具體包括以下兩個(gè)方面:1、在靜止無人機(jī)場(chǎng)景下,通過無人機(jī)將小世界特性引入傳統(tǒng)的WSN,以達(dá)到減少平均路徑長(zhǎng)度,降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延的目的。首先,結(jié)合地面?zhèn)鞲衅鞴?jié)點(diǎn)的分布、空-地信道模型來研究無人機(jī)的三維部署位置,將其解耦到水平、垂直兩個(gè)維度進(jìn)行分析,用于后續(xù)構(gòu)造小世界網(wǎng)絡(luò);然后基于無人機(jī)的部署位置及數(shù)據(jù)的傳輸方向性提出了一種小世界網(wǎng)絡(luò)中的“長(zhǎng)連接”添加算法,使傳統(tǒng)的WSN具備小世界特性。通過仿真分析,具有小世界特性的WSN相對(duì)于傳統(tǒng)的WSN不僅降低了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的傳輸時(shí)延,而且增大了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量;2、在移動(dòng)無人機(jī)場(chǎng)景下,設(shè)計(jì)了一種高能效的信息傳輸采集方案。首先通過基于最優(yōu)簇頭數(shù)目的K-Means++成簇方案與基于LEACH的改進(jìn)簇頭選取方案,對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效的分簇并合理選取簇頭;然后以無人機(jī)飛行路徑最短為目標(biāo),通過蟻群算法對(duì)無人機(jī)進(jìn)行路徑規(guī)劃,輔助進(jìn)行信息收集傳輸。通過仿真分析,設(shè)計(jì)的方案和傳統(tǒng)的LEACH及LEACH-C算法相比,在一定程度上更加均衡了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量消耗、提高了系統(tǒng)的吞吐量、延長(zhǎng)了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：V279;TP212.9;TN929.5
【圖文】：

基站（Ｂａｓｅ邋Ｓｔａｔｉｏｎ，邋ＢＳ）等以自組織的形式構(gòu)成，并將收集到的目標(biāo)區(qū)域的相逡逑關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)無線鏈路以單跳或者多跳存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式傳輸給控制中心［１４］，其典型逡逑的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖１－１所示。逡逑２逡逑

中沒有節(jié)點(diǎn)可以通過其自己的連接邊連接到自身。在ＷＳ小世界網(wǎng)絡(luò)模型中，逡逑ｐ邋＝邋ｏ表示規(guī)則網(wǎng)絡(luò)，ｐ邋＝邋ｌ則對(duì)應(yīng)于完全隨機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，我們可以通過調(diào)節(jié)Ｐ的值逡逑來模擬從規(guī)則網(wǎng)絡(luò)到隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)的過渡過程，如圖２－１所示，其中橫縱坐標(biāo)的范圍逡逑分別為［－１00，１00］，々邋＝邋２，中間子圖對(duì)應(yīng)／？邋＝邋０．５。逡逑－邋：：邋＇邋？逡逑：：／＂邐＼邋．邐：邋ｆ＾ｆｒ＾ｈ邋：丨r2健：、二逡逑：Ｖ邐／■邐：逡逑？邐？邐－ｍｉ邋ｍ邋Ｔ＊邋ｗ邋？■＞邐－ｉ＊邐＊邋ｉ邋ｉｉｉｉ逡逑規(guī)則網(wǎng)絡(luò)邐ＷＳ小世界網(wǎng)絡(luò)邐隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)逡逑ｐ邋＝邋０邐０＜邋ｐ邋＜１邐ｐ邋＝邋＼逡逑圖２－１隨機(jī)化重連逡逑根據(jù)上述介紹及公式，我們對(duì)ＷＳ小世界網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行了仿真，首先分析了逡逑聚集系數(shù)Ｃ和平均路徑長(zhǎng)度Ｉ隨概率ｐ的變化情況（仿真中�。皱澹藉澹保埃埃埃�。圖２－２逡逑是歸一化的聚集系數(shù)Ｃ和平均路徑長(zhǎng)度Ｚ隨重連概率；；的變化曲線圖，其中逡逑和Ｃ（溝表示對(duì)應(yīng)不同的概率；７得到的經(jīng)過隨機(jī)化重連的ＷＳ模型的ＡＰＬ和逡逑ＣＣ，Ｚ⑷和Ｃ⑷表示規(guī)則網(wǎng)絡(luò)的ＡＰＬ和ＣＣ，用以０）和對(duì)和進(jìn)逡逑行歸一化處理。從圖中可以看出，隨著概率的逐漸增大，前期ＷＳ小世界網(wǎng)絡(luò)逡逑的平均最短路徑長(zhǎng)度下降較快，而聚集系數(shù)則變化較緩慢。逡逑１５逡逑

并且網(wǎng)絡(luò)中的任何節(jié)點(diǎn)都不能通過其自己的連接邊緣連接到自身。與ＷＳ模逡逑型類似，在ＮＷ小世界網(wǎng)絡(luò)模型中，；＞邋＝０時(shí)，模型呈現(xiàn)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)特性，ｐ邋＝邋ｌ時(shí)，逡逑小世界網(wǎng)絡(luò)則是規(guī)則網(wǎng)絡(luò)和隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)的疊加，仿真見下圖２－３，其中橫縱坐標(biāo)的逡逑范圍分別為［－１００，１００］，々邋＝邋２，中間子圖對(duì)應(yīng)ｐ邋＝邋０．０５。逡逑１６逡逑

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