无线传感网络中节点动态覆盖优化及网络分割问题的研究

发布时间：2020-06-26 03:34

【摘要】：随着传感器技术的不断发展,无线传感网络作为一种全新的信息获取和处理技术,已经成为当前研究的热点,目前广泛应用于军事、抗险救灾、环境监测、医疗卫生和空间探索等领域。覆盖控制技术是无线传感网络应用的基础,覆盖程度及连通状况直接决定着网络性能的好坏,同时对网络服务质量、节点生存时间等关键因素也有着直接的影响。因此,对网络覆盖优化和连通质量提升的研究具有重要的理论意义和应用价值。本文主要针对动态节点的网络覆盖优化问题和自适应连通的路径选择问题进行了深入的研究。主要创新点如下:在网络构建过程中,往往由于约束条件太少,使得网络覆盖率、节点移动能耗、连通度等网络性能不能同时达到良好的状态。本文在传统虚拟力算法的基础上,提出了一种基于动态节点的网络覆盖优化算法。首先,通过构造未覆盖网格函数,获得未被覆盖网格的信息;其次,增加未覆盖网格和边界对节点的约束条件,改善传感器节点之间的约束,并对网络中存在不同状态的障碍物给出具体的分析方法;最后,提出合力门限的概念,通过自适应选择合力门限的大小来实现节点的动态分布。仿真结果表明,该方法在保证连通度的基础上,不但提高了网络的覆盖率,且节约了传感器节点的移动能耗。在实际应用中,由于某些外界因素会导致传感器节点的大面积失效,使建成后的网络连通度遭到破坏。针对这一问题,本文利用最小生成树的理论,提出了一种基于网络分割的避障重连算法。首先,对分区之间的边界传感器进行定义,寻找最短连接拓扑图;其次,对第三章提出的障碍物模型给出具体的边界节点激活方法,规划避障重连路径;最后,通过考虑中继节点的移动能力,构造中继节点的消耗函数,对中继的数量和位置进行选取,进一步优化避障重连路径,完成分割网络的重新连通。仿真结果表明,该方法总能选择合适的中继节点进行移动,对重连路径实现优化,提高了连通成功率,降低了节点的移动能耗。
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【图文】：

轨迹图,覆盖率,算法,冗余

算法节点数(c) OAVFA 算法下的节点运动轨迹图 (d) 本文算法下节点的运动轨迹图图 3.4 不同算法下覆盖率和移动能耗的比较本节通过对网络覆盖完成后冗余网格的计算，分析了两种算法的冗余度，如表3.4 所示，每种结果为 10 次取值的平均值所得。从表中可知，当传感器节点数增加时，两种算法的冗余网格都随之增加，但本文算法的冗余网格总是略低于 OAVFA算法，表明本文算法具有较低的冗余度，在完成网络覆盖时，能使传感器节点更加均匀的分布在网络中。表 3.4 两种算法的冗余网格对比冗余网格数20 30 40本文算法 517 2429 3948OAVFA 算法 874 2860 4346

【参考文献】