基于虚拟力的无线传感器网络节点优化部署研究

发布时间：2017-10-16 16:27

  本文关键词：基于虚拟力的无线传感器网络节点优化部署研究

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【摘要】：作为一个分布式网络,无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是通过多跳、自组织进行通信,它的末梢是可以感知和监测外部世界的传感器。WSN设置灵活,设备位置可以随时更改,还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。近十年来,WSN已经受到学术界和工业界越来越大的关注,并已广泛应用于民用和军事领域。节点部署是WSN的基础研究工作之一,合理的网络节点部署算法有助于减少网络节点冗余、提高网络覆盖率、均衡节点能耗。节点部署问题就是在指定的监测区域内,根据特定的要求来布置传感器节点。但监测区域有可能会是恶劣环境,使得无法更换传感器节点或给节点充电,这给节点部署带来极大的技术挑战。论文针对WSN节点部署算法展开研究。全文安排如下:第1章介绍课题研究的背景及国内外研究现状;第2章介绍WSN网络基本概念,包括其体系结构、网络特点、网络应用;第3章分析了目前使用的虚拟力算法特点和应用环境,针对其存在的缺点和应用局限性进行了相关改进,提出一种适合WSN网络部署的改进虚拟力算法(WVFA);第4章对提出的改进虚拟力算法进行性能仿真与分析;结论对全文进行总结,指出本论文的不足之处,并对其发展方向进行了展望。第3、4章是本论文的研究重点。在第3章中,为了实现无缝覆盖,提出一种基于虚拟力的WSN节点部署算法,该算法不仅研究区域最优覆盖,还考虑移动节点的能耗问题。针对区域内部覆盖,首先将节点间虚拟力的作用范围缩小到通信范围内,然后从无缝覆盖的角度出发确定节点间产生作用力的阈值;对于边界覆盖问题,由节点在边界处覆盖冗余最小时确定节点到边界的最短距离。这样使得所有节点受力数目减小,易于所有节点达到受力平衡状态,实现最优覆盖。此外,所有节点移动距离的平均值反映网络整体能耗的大小,标准差反映了节点能耗的差异,为了减小节点移动距离的平均值和标准差,在节点位置更新中增加一个与该节点上一时刻受力大小相关的权值,最后实现最大化覆盖,最小化能耗。第4章是算法的性能仿真,结果表明:WVFA算法在提高网络覆盖率以及降低网络能耗方面的性能均优于VFA、CBS、HLVFA算法,它有效地延长了网络生命周期,实现了WSN的优化部署。
【关键词】：无线传感器网络 节点部署 虚拟力算法 加权 网络覆盖率 节点移动距离
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 论文研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11
• 1.2.3 无线传感器网络(WSN)部署算法研究11-12
• 1.3 论文内容及结构安排12-13
• 1.4 本章小结13-14
• 2 WSN感知模型与节点部署14-29
• 2.1 WSN简介14-20
• 2.1.1 网络体系结构14-17
• 2.1.2 网络特点17-18
• 2.1.3 网络应用18-20
• 2.2 节点感知模型20-23
• 2.2.1 布尔感知模型20-21
• 2.2.2 指数感知模型21
• 2.2.3 概率感知模型21-23
• 2.3 节点部署评价指标23-24
• 2.3.1 覆盖率23
• 2.3.2 覆盖效率23
• 2.3.3 覆盖增加率23
• 2.3.4 移动距离23-24
• 2.4 经典的节点部署算法24-28
• 2.4.1 粒子群优化算法24-25
• 2.4.2 遗传算法25-27
• 2.4.3 增量式部署27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 3 基于虚拟力的WSN节点部署算法设计29-45
• 3.1 虚拟力算法29-30
• 3.1.1 算法描述29-30
• 3.1.2 虚拟力算法特点30
• 3.2 改进的虚拟力节点部署算法30-44
• 3.2.1 节点分布30-33
• 3.2.2 受力分析33-40
• 3.2.3 节点位置更新40-43
• 3.2.4 算法流程43-44
• 3.3 本章小结44-45
• 4 性能分析与仿真45-53
• 4.1 仿真环境45-46
• 4.2 仿真结果与分析46-52
• 4.2.1 网络覆盖率46-49
• 4.2.2 节点能耗49-52
• 4.3 本章小结52-53
• 结论53-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-59
• 攻读学位期间的研究成果59

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 郭秀明;周国民;樊景超;;无线传感器网络中节点部署算法研究综述[J];传感器与微系统;2015年07期

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3 张舒涵;高慧敏;王筱萍;;无线传感器网络覆盖问题中感知模型研究[J];嘉兴学院学报;2014年06期

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本文编号：1043729