无线传感器网络最小中继节点布置问题研究

发布时间：2017-08-18 06:13

  本文关键词：无线传感器网络最小中继节点布置问题研究

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【摘要】：随着无线通信技术、信息处理技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日趋成熟,一些相对成熟的无线网络技术正越来越深入到社会生活的方方面面。无线传感器网络已日益引起了人们极大的重视,成为了当前研究的热点内容。在无线传感器网络中,只有保证网络的连通,传感器监测到的信息才能转发到信息控制中心。因为某些节点失效或者节点布置条件限制等原因导致网络不连通。为了保证网络的连通,需要布置一定数目的价格比较便宜的中继节点。从节约成本方面考虑,在保证连通性的前提下,应布置尽可能少的中继节点。单层无线传感器网络在连通中继节点布置中,本文基于Steiner树提出了新的算法。在三角形Steiner化的基础上,若局部上存在满足满Steiner拓扑图的结构,则进一步求得最小满Steiner拓扑图;然后将最小满Steiner拓扑图作为初值,结合传感器节点与中继节点通信的特点,采用基于Steiner点位置调整的方法,进一步减少中继节点布置的数目。双层无线传感器网络在连通中继节点布置中,本文基于DCover覆盖方法中的GCP算法提出了新的贪心算法。在GCP算法中,每个阶段添加一个中继节点。在添加一个中继节点的策略中,首先从未被覆盖的传感器节点中选择一个关键点,并依照与关键点从近到远的顺序,依次添加未被覆盖的传感器节点。基于连通性的要求,在每个阶段,通过限制关键点选择的范围,并修改节点布置位置的策略。本文研究工作中进行了大量的仿真实验。通过实验分析,在单层无线传感器网络中,基于不同的传感器节点选择策略提出了STIO算法和STIO1算法。当传感器节点固定分布密度为0.25或者0.5时,新提出的STIO算法相比MST-1tRNP算法,所需的中继节点数目减少近15%。而STIO1算法虽然平均所需中继节点个数比STIO算法多,但在某些情况下,优化后效果比STIO算法更好。进一步在固定区域中,测试了不同数目的传感器节点,实验结果可得,STIO算法所需的中继节点数目均最小。在双层网络传感器节点覆盖中,本文基于GCP算法,提出了以保证连通性为前提的CGCP算法,并分别与GCP算法,GSC算法和SCP算法进行性能对比实验。在中继节点连通中采用MST算法。在固定区域内,测试了所需中继节点数目随传感器节点数目的变化趋势,当R=r时,新提出的CGCP算法相比GCP算法,GSC算法与SCP算法,所需的中继节点数目均最小。
【关键词】：无线传感器网络 中继节点 Steiner树 连通性
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景10
• 1.2 研究目的和相关意义10
• 1.3 无线传感器网络10-14
• 1.3.1 基本概念10-12
• 1.3.2 无线传感器网络的特点12
• 1.3.3 无线传感器网络的应用12-14
• 1.4 本文主要研究内容和论文结构安排14-16
• 第2章 研究现状与相关技术16-25
• 2.1 国内外研究现状16-20
• 2.2 中继节点布置相关定义20-21
• 2.2.1 中继节点布置个数计算方法20
• 2.2.2 中继节点布置位置定义20-21
• 2.3 基于费马点的中继节点布置方法21-22
• 2.4 最小满Steiner拓扑图22-24
• 2.4.1 满Steiner拓扑图定义22-23
• 2.4.2 最小欧几里德范数和23
• 2.4.3 最小满Steiner拓扑图求解23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 单层网络中继节点布置研究25-41
• 3.1 问题描述25
• 3.2 基于点位置调整的布置方法25-28
• 3.2.1 基本思想26
• 3.2.2 算法策略26-27
• 3.2.3 实验分析27-28
• 3.3 最小满Steiner拓扑图局部优化算法28-31
• 3.3.1 基本思想28-29
• 3.3.2 算法流程29-30
• 3.3.3 复杂度分析30
• 3.3.4 实验分析30-31
• 3.4 基于Steiner树的中继节点布置算法31-36
• 3.4.1 总体概述31-32
• 3.4.2 算法流程32-36
• 3.4.3 复杂度分析36
• 3.5 实验和数据分析36-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 双层网络中继节点布置研究41-49
• 4.1 问题描述41
• 4.2 相关概念定义41
• 4.3 几何覆盖策略算法41-44
• 4.3.1 基本思想41-43
• 4.3.2 基于连通的几何覆盖策略算法43-44
• 4.3.3 复杂度分析44
• 4.4 实验和数据分析44-48
• 4.5 本章小结48-49
• 第5章 结论与展望49-51
• 参考文献51-55
• 致谢55-56
• 攻读硕士学位期间的研究成果56-57

【参考文献】

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1 崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,刘巍,赵泽;无线传感器网络研究进展[J];计算机研究与发展;2005年01期

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本文编号：693018