本文關(guān)鍵詞：水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署算法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Underwater Wireless Sensor Networks,UWSN)是由多個(gè)具有信息感知、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、水聲通信等功能的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的水下監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。由于海洋資源日益受到各國(guó)重視,水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)已逐漸成為一個(gè)熱門(mén)的研究課題。目前,水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究主要針對(duì)節(jié)點(diǎn)部署、節(jié)點(diǎn)定位、時(shí)間同步、能效策略、水下安全等方面。其中,節(jié)點(diǎn)部署既與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)質(zhì)量關(guān)系密切,又是后續(xù)各種協(xié)議和算法的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。因此,如何設(shè)計(jì)合理有效的節(jié)點(diǎn)部署策略成為水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中最基本的問(wèn)題。水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署策略可分為隨機(jī)性部署和確定性部署兩大類(lèi)。對(duì)于確定性部署,按照對(duì)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)能力的假定,可分為靜態(tài)部署、移動(dòng)受限部署、自由移動(dòng)部署三類(lèi)。AUV等技術(shù)的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)在水下環(huán)境中沿各個(gè)方向自由移動(dòng)提供了可能,出現(xiàn)了不少水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自由移動(dòng)部署算法。但是,該類(lèi)算法仍存在一些不足之處,如算法通常只考慮網(wǎng)絡(luò)覆蓋率,卻忽略了網(wǎng)絡(luò)連通率、網(wǎng)絡(luò)部署能耗、網(wǎng)絡(luò)生存周期等其他優(yōu)化指標(biāo)。為此,文章展開(kāi)了如下研究:(1)由于現(xiàn)有的節(jié)點(diǎn)非均勻部署算法很難在確保網(wǎng)絡(luò)覆蓋率的同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通率和生存周期進(jìn)行優(yōu)化,本文提出了一種基于分簇的節(jié)點(diǎn)非均勻部署算法。在分簇的同時(shí)對(duì)節(jié)點(diǎn)通信半徑進(jìn)行異構(gòu)處理,并定義了綜合貢獻(xiàn)度,用綜合貢獻(xiàn)度較小的節(jié)點(diǎn)替代在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中即將死亡的節(jié)點(diǎn)。仿真結(jié)果表明,所提出的算法能使網(wǎng)絡(luò)獲得更好的覆蓋率和連通率,并能減少節(jié)點(diǎn)總移動(dòng)距離、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存周期。(2)由于現(xiàn)有的節(jié)點(diǎn)部署算法很難使網(wǎng)絡(luò)在確保全連通的前提下提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率,且未對(duì)部署過(guò)程中的通信能耗和移動(dòng)能耗進(jìn)行優(yōu)化,本文提出了一種基于連通支配集的節(jié)點(diǎn)部署算法。當(dāng)節(jié)點(diǎn)被隨機(jī)播撒在水下三維監(jiān)測(cè)空間后,未連通的節(jié)點(diǎn)移向Sink節(jié)點(diǎn)直至網(wǎng)絡(luò)達(dá)到全連通,之后Sink節(jié)點(diǎn)進(jìn)行集中式優(yōu)化計(jì)算,確定網(wǎng)絡(luò)連通支配集,并對(duì)非連通支配節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。仿真結(jié)果表明,所提出的算法既能使網(wǎng)絡(luò)保持全連通,又能使網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)較高覆蓋率,同時(shí)減少部署過(guò)程中的通信能耗和移動(dòng)能耗。(3)由于現(xiàn)有的節(jié)點(diǎn)重部署算法很難在充分考慮節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的前提下,以盡量少的網(wǎng)絡(luò)能耗改善網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中的覆蓋率和連通率,本文提出了一種基于分層連通樹(shù)的節(jié)點(diǎn)重部署算法。首先,各節(jié)點(diǎn)通過(guò)自檢調(diào)整避免運(yùn)動(dòng)至監(jiān)測(cè)空間外;然后,網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行逐級(jí)分層,變成以Sink節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)的分層連通樹(shù);最后,Sink節(jié)點(diǎn)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、網(wǎng)絡(luò)連通率、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)耗能,對(duì)分層連通樹(shù)中的葉子節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。仿真結(jié)果表明,所提出的算法能夠使網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)盡量位于監(jiān)測(cè)空間中,并能使網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行過(guò)程中保持更好的覆蓋率和連通率,同時(shí)能減少重部署過(guò)程中的移動(dòng)能耗、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存周期。
【關(guān)鍵詞】：節(jié)點(diǎn)非均勻部署 綜合貢獻(xiàn)度 全連通 節(jié)點(diǎn)重部署 網(wǎng)絡(luò)生存周期
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP212.9;TN929.3
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-16
• 1.1 課題研究背景及意義12-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.1 水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀13
• 1.2.2 水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵問(wèn)題13-14
• 1.3 論文研究目標(biāo)及內(nèi)容14-15
• 1.3.1 研究目標(biāo)14
• 1.3.2 研究?jī)?nèi)容14-15
• 1.4 各章節(jié)內(nèi)容安排15-16
• 第二章 水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)及部署問(wèn)題的研究16-26
• 2.1 水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)16-18
• 2.1.1 水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)16-18
• 2.1.2 水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)18
• 2.2 水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署問(wèn)題18-23
• 2.2.1 相關(guān)概念18-22
• 2.2.2 算法評(píng)價(jià)指標(biāo)22-23
• 2.3 相關(guān)研究工作23-25
• 2.3.1 靜態(tài)部署23-24
• 2.3.2 移動(dòng)受限部署24
• 2.3.3 自由移動(dòng)部署24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 基于分簇的水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)非均勻部署算法26-36
• 3.1 引言26
• 3.2 預(yù)設(shè)條件、模型與定義26-29
• 3.2.1 預(yù)設(shè)條件26-27
• 3.2.2 模型27
• 3.2.3 定義27-29
• 3.3 問(wèn)題及算法描述29-31
• 3.3.1 問(wèn)題描述29
• 3.3.2 算法描述29-31
• 3.4 仿真算例與分析31-35
• 3.4.1 對(duì)比算法及評(píng)價(jià)指標(biāo)31
• 3.4.2 仿真場(chǎng)景和參數(shù)31-32
• 3.4.3 仿真結(jié)果與分析32-35
• 3.5 結(jié)語(yǔ)35-36
• 第四章 基于連通支配集的水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署算法36-46
• 4.1 引言36
• 4.2 預(yù)設(shè)條件36
• 4.3 問(wèn)題及算法描述36-41
• 4.3.1 問(wèn)題描述36-37
• 4.3.2 算法描述37-41
• 4.4 仿真算例與分析41-45
• 4.4.1 對(duì)比算法及評(píng)價(jià)指標(biāo)41-42
• 4.4.2 仿真場(chǎng)景和參數(shù)42
• 4.4.3 仿真結(jié)果與分析42-45
• 4.5 結(jié)語(yǔ)45-46
• 第五章 基于分層連通樹(shù)的水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)重部署算法46-56
• 5.1 引言46
• 5.2 相關(guān)定義與預(yù)設(shè)條件46-47
• 5.2.1 相關(guān)定義46-47
• 5.2.2 預(yù)設(shè)條件47
• 5.3 問(wèn)題及算法描述47-50
• 5.3.1 問(wèn)題描述47-48
• 5.3.2 算法描述48-50
• 5.4 仿真算例與分析50-54
• 5.4.1 對(duì)比算法及評(píng)價(jià)指標(biāo)50-51
• 5.4.2 仿真場(chǎng)景和參數(shù)51
• 5.4.3 仿真結(jié)果與分析51-54
• 5.5 結(jié)語(yǔ)54-56
• 第六章 總結(jié)與展望56-58
• 6.1 總結(jié)56-57
• 6.2 展望57-58
• 致謝58-59
• 參考文獻(xiàn)59-65
• 附錄65

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