基于虚拟弹簧力算法的二维/三维无线传感器网络节点动态部署

发布时间：2024-05-18 02:17

　　无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是由若干个分布在空间中的传感器节点组成的一个无线通讯网络。如何以最节约的传感器节点数覆盖目标区域以实现最佳覆盖是WSN网络技术的研究热点之一,这在大规模传感器网络节点的部署中尤为重要,如海洋、大气、外太空探测等。本文分别对二维和三维WSN网络的动态部署进行了研究。在二维WSN网络部署中,目前普遍都以正六边形结构为二维WSN网络的最佳覆盖模型。本文基于虚拟弹簧力提出一种二维WSN网络节点的动态部署算法(VFA-SF),该算法能快速收敛,复杂度较低,并引入了径向分布偏移(Pair Correlation diversion,PCD)函数来评估部署结果与正六边形结构的相似度,通过100次随机分布的仿真实验,来统计分析该部署算法的性能。结果表明,该部署算法有40%的概率能部署成正六边形结构的最佳拓扑覆盖,其PCD值接近于0,覆盖率能达100%;有60%概率会出现扭曲平衡或有覆盖空洞的情况,其PCD值在0.05至0.45之间,覆盖率在98.5%左右。为了稳定实现100%覆盖率的最佳覆盖效果,满足对WSN节点部署有更高覆盖要求...

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 研究现状
    1.3 研究内容
    1.4 组织结构
第2章 无线传感器网络相关知识
    2.1 无线传感器网络
        2.1.1 无线传感器网络体系结构
        2.1.2 无线传感器网络的特点
    2.2 WSN网络的几大典型应用
    2.3 无线传感器网络的覆盖
        2.3.1 无线传感器节点的感知模型
        2.3.2 WSN网络最佳覆盖模型
    2.4 WSN网络动态部署的相关知识
    2.5 性能指标
    2.6 本章小结
第3章 基于弹簧力模型的二维WSN部署优化
    3.1 实验室前期工作基础
    3.2 虚拟弹簧力算法原理
        3.2.1 二维虚拟弹簧力模型
        3.2.2 蛙跳积分法
        3.2.3 VFA-SF算法流程
    3.3 二维仿真结果性能评估及统计分析
        3.3.1 仿真平台介绍及参数说明
        3.3.2 仿真结果展示及分析
        3.3.3 100次独立仿真实验统计分析
        3.3.4 存在的问题分析
    3.4 自中心优先部署的优化部署策略及参数分析
        3.4.1 优化部署模型
        3.4.2 优化部署仿真测试
        3.4.3 优化部署的能耗问题分析
        3.4.4 辅助力的大小对部署效果的影响
        3.4.5 不同节点数与有障碍物的仿真测试
    3.5 本章小结
第4章 基于弹簧力模型的三维WSN部署扩展
    4.1 三维无线传感器网络概述
    4.2 三维WSN网络最佳覆盖问题
        4.2.1 三维WSN网络节点的感知模型
        4.2.2 三维空间中的球堆积模型
        4.2.3 正十二面体拓扑结构
    4.3 虚拟弹簧力三维部署算法模型
        4.3.1 三维虚拟弹簧力模型
        4.3.2 3D-VFA-SF算法流程
    4.4 三维仿真模拟结果及性能评估
        4.4.1 参数确定及三维仿真结果
        4.4.2 结果分析及性能评估
        4.4.3 10组实验统计分析
        4.4.4 更多节点数的部署测试
    4.5 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 论文总结
    5.2 未来工作展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果



本文编号：3976308