高可靠海上无线传感器网络拓扑优化研究

发布时间：2020-09-08 18:47

　　 "21世纪海上丝绸之路"及"十三五建设海洋强国战略"的提出,对海上通信网络全方位覆盖、海上信息监测等提出更高要求。其中海上传感网监测技术为海洋运输业、油气勘探、海洋环境监测提供了有力的技术支撑和保障,具有成本低、部署灵活、受环境影响小的特点,特别是对海上重点区域监测具有巨大优势。本文以海上重点区域监测为目标,针对海上环境复杂恶劣的问题,研究具有高可靠性的海上传感网络的部署与拓扑优化问题,主要工作分为以下几个方面:首先,本文深入研究了传统传感器网络在海上监测中拓扑结构的特点和不足,针对海上部署环境恶劣、传感网络能量消耗不均衡的问题,改进了传统传感器网络的架构模型,引入了海上汇聚节点、簇传感器节点,建立了单链路分级传感网(SPMM)的架构模型。在此基础上,考虑到提高信息传输的可靠性、网络寿命等问题,建立了基于能量收集型传感器的双链路分级传感器网络(DPMM)架构模型。其次,综合考虑影响海上传感网部署以及网络拓扑的因素,包括网络的连通性、容量、能耗、网络建设成本等,以最小化网络建设成本为目标,同时保证网络性能,分别基于SPMM、DPMM两种网络架构建立数学规划模型。在一系列小规模场景中,调用线性求解器Gurobi进行求解,验证数学模型的正确性。同时增大场景的规模,测试数学规划模型的可扩展性。此外,根据Gurobi的求解结果,对比分析了两种网络架构的可靠性。结果显示DPMM的网络架构模型具有更高的可靠性。最后,针对Gurobi在求解大规模网络部署场景中存在的"维数灾难"问题,我们原创性地提出了基于SPMM、DPMM两种架构的快速启发式算法(SPFBS,DPFBS),通过实例说明了算法的核心思想和实现过程,并开展了一系列中大规模部署场景仿真实验,验证了该算法的有效性、扩展性、高效性。最后,探讨了 SPMM与DPMM两种架构的可靠性,将算法与Gurobi的求解结果进行对比,结论进一步表明了 DPMM网络架构应用于海上无线传感网络的部署能够提供更高的可靠性。
【学位单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TP212.9;TN929.5

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 夏俐,陈曦,赵千川,江永亨,管晓宏;无线传感器网络及应用简介[J];自动化博览;2004年01期

2 孙雨耕,张静,孙永进,房朝晖;无线自组传感器网络[J];传感技术学报;2004年02期

3 夏俐;陈曦;赵千川;江永亨;管晓宏;;无线传感器网络及应用简介[J];自动化博览;2005年S2期

4 庄庆德;传感器网络的研究现状[J];国外电子测量技术;2005年04期

5 谢洁锐;胡月明;刘才兴;刘兰;;大田监测中无线传感器网络的部署[J];现代计算机;2006年03期

6 李小遐;刘瑞霞;;一种无线传感器网络的设计[J];自动化技术与应用;2006年04期

7 吴春婧;郑明春;秦继林;;无线传感器网络协议研究[J];计算机技术与发展;2006年08期

8 徐勇军;杨宇;;无线传感器网络的发展[J];电子产品世界;2006年19期

9 ;坚固的无线传感器网络适合苛刻的工业环境[J];电子设计技术;2006年09期

10 马华东;陶丹;;多媒体传感器网络及其研究进展[J];软件学报;2006年09期

相关会议论文 前10条

1 彭政;魏巍;罗相根;罗永健;;无线传感器网络中传感器数量的选择方法[A];第十九届测控、计量、仪器仪表学术年会(MCMI'2009)论文集[C];2009年

2 程时端;;传感器网络[A];中国通信学会信息通信网络技术委员会2004年年会论文集[C];2004年

3 杨曼;;无线传感器网络对抗[A];四川省电子学会情报专业委员会学术交流会论文集[C];2006年

4 阚凤龙;徐自文;陈楠;左传文;;无线传感器网络的应用及其发展研究[A];第九届沈阳科学学术年会论文集（信息科学与工程技术分册）[C];2012年

5 贾杰;赵林亮;常桂然;;面向异构传感器网络的高能效覆盖控制[A];中国通信学会第六届学术年会论文集（下）[C];2009年

6 冯健昭;肖德琴;肖克辉;李就好;;基于谓词的水质传感器网络采样整合优化算法[A];纪念中国农业工程学会成立30周年暨中国农业工程学会2009年学术年会（CSAE 2009）论文集[C];2009年

7 唐云龙;;无线传感器网络系统实验分析[A];工程设计与计算机技术：第十五届全国工程设计计算机应用学术会议论文集[C];2010年

8 杜景林;陈力军;谢立;;无线传感器网络与互联网集成体系结构[A];2008年全国开放式分布与并行计算机学术会议论文集(下册)[C];2008年

9 李新;田斌;辛阳;陈林顺;;传感器网络中基于音频的异常事件检测方法[A];中国电子学会第十七届信息论学术年会论文集[C];2010年

10 刘昊;;面向电子智能服装的人体无线传感器网络构建[A];“力恒杯”第11届功能性纺织品、纳米技术应用及低碳纺织研讨会论文集[C];2011年

相关重要报纸文章 前10条

1 罗清岳;让无线传感器网络走入生活[N];电子资讯时报;2007年

2 ;多媒体传感器网络[N];中国计算机报;2006年

3 美国专利律师 谭文晔　薛之扬;无线传感器网络技术专利分析[N];科技日报;2010年

4 本报记者 赵建国;无线传感器网络改变未来世界[N];中国知识产权报;2011年

5 樊哲高;我国传感器网络标准工作取得新进展[N];中国电子报;2012年

6 本报记者 王博;传感器网络标准取得新进展[N];计算机世界;2012年

7 温雅路;利用无线传感器网络提高地质灾害监测能力[N];人民邮电;2008年

8 林宗辉;ZigBee无线传感器网络解决方案[N];电子资讯时报;2007年

9 赛迪顾问信息产业研究中心高级咨询师 王坤;国内外物联网技术研究进展[N];通信产业报;2009年

10 本报记者 张彤;物物之连[N];网络世界;2010年

相关博士学位论文 前10条

1 马瑞;基于小生境粒子群算法的机舱WSN目标覆盖研究[D];大连海事大学;2014年

2 李洪峻;面向入侵目标追捕的多回路无线网络控制系统设计与相关技术研究[D];国防科学技术大学;2013年

3 张德敬;基于虚拟坐标的无线传感器网络路由协议研究[D];山东大学;2015年

4 杨显辉;森林资源数据获取的移动Sink无线传感器网络可靠性研究[D];东北林业大学;2015年

5 毕冉;基于无线传感器网络的事件监测算法研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 石熙;数字水印技术在无线传感器网络安全中的应用研究[D];重庆大学;2015年

7 徐力杰;低占空比传感器网络的数据传输调度问题研究[D];南京大学;2014年

8 欧阳键;面向无线传感器网络的协作传输技术研究[D];南京航空航天大学;2014年

9 冯森;面向智能配用电的无线传感器网络路由优化协议研究[D];华北电力大学;2015年

10 徐毅;无线传感器网络低能耗路由协议研究[D];山东大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 胥常杰;传感器网络设计的数学模型及其应用[D];青岛大学;2010年

2 黄铮;无线传感器网络连通与覆盖的研究[D];武汉理工大学;2006年

3 彭一;基于复杂网络理论的无线传感器网络关键节点识别技术研究[D];西南大学;2015年

4 肖力;基于ZigBee无线传感器网络的车流量检测系统设计[D];华南理工大学;2015年

5 刘丽萍;无线传感器网络中基于时空相关性的数据压缩[D];西南大学;2015年

6 何沐曦;无线传感器网络环境下基于MATLAB和OMNeT++的IEEE1588时间同步仿真[D];西南大学;2015年

7 黎凤霞;一种双极型多变量公钥密码算法在无线传感器网络上的优化与实现[D];华南理工大学;2015年

8 王晓彤;基于无线传感器网络的奶牛健康监测系统研究[D];天津理工大学;2015年

9 刘晓晨;基于无线传感器网络的室内定位方法研究[D];上海师范大学;2015年

10 董晓峰;畜禽养殖环境感知及动物标识技术装备集成研究和应用[D];浙江大学;2015年

本文编号：2814511