无线传感器网络节点部署及拓扑重构问题研究

发布时间：2017-12-19 22:20

  本文关键词：无线传感器网络节点部署及拓扑重构问题研究　出处：《南京理工大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：无线传感器网络是由在监测区域内的诸个传感器经由无线通信方式构成的自组织网络系统,其作用是合作地感知、采集及处理监测区域内的目标状态信息,并将信息传递给观测者。要发挥无线传感器网络的作用、良好实现各项功能,首先就需要科学部署传感器节点的位置、构建网络。节点部署是否合理很大程度上决定了网络的性能,同时还会影响网络资源的管理。针对网络服务质量会随着网络的运行而逐渐下降的现象,本文重点研究了感知能力异构的无线传感器网络的节点部署及拓扑重构问题。主要研究工作如下：(1)研究了有向传感器网络的节点部署和拓扑重构问题。针对确定性部署网络和随机部署网络,分别提出了集中式的贪婪优化部署算法和分布式的节点感知方向调节算法,使得网络在满足覆盖需求的同时,减少网络构建成本和活跃传感器节点数目,进而达到降低网络能耗、提高通信质量的目的。为了均衡网络能耗,还设计了一种分布式的冗余节点调度协议,用于网络拓扑重构。(2)针对一类不确定事件监测问题,提出了一种事件驱动的传感器网络部署方法。初始部署阶段采用随机深度调节的方法让节点均匀分布,以捕捉到更多的事件。重部署阶段节点则根据探测到的事件信息,基于虚拟力的方法进行移动。通过引入分簇控制的思想,把节点移动范围限制在各个簇内,从而降低重部署的规模,保证了网络的连通性。并针对运动事件,给出了相应的网络重构机制。(3)在没有地理位置信息的情况下,设计了一种基于闭合包围的冗余节点调度算法。首先,文中给出并证明了基于闭合包围节点集的冗余节点以及覆盖空洞边界节点的判定规则。然后,提出了冗余节点调度方法,包括节点的休眠调度和覆盖空洞修复两个方面。该机制可以在保证网络覆盖性能的同时有效减少活跃节点数目。最后,给出了基于该冗余节点调度算法的网络重构机制。(4)针对传感器网络难以实现完全覆盖的情况,研究了陷阱覆盖方式下陷阱空洞的检测和修复,提出了分布式的检测和修复方法。陷阱空洞检测方法利用有效弧段的概念,可以让节点分布式自主地确定空洞边界曲线,从而得到精确的空洞信息,判断出该空洞是否是陷阱空洞。陷阱空洞修复方法则是基于边权图概念,通过多轮计算确定新增节点的位置。(5)为解决网络连通问题,提出一种初始部署阶段用于改善网络容错性能的网络分裂预防机制。该机制可以分布式执行,而且每个节点只需要知道一跳邻居节点的信息,因而该方法亦可扩展到大型网络中使用。该机制由两部分组成：第一,利用基于本地最大单纯复形的关键节点检测算法,自主地确定自己是否是网络拓扑中的关键节点,并为每个关键节点指派一个备份节点;第二,根据贪婪规则,在合适的位置上部署新的节点,用以修复拓扑空洞。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 肖甫;王汝传;孙力娟;翁娇艳;;一种面向三维感知的无线多媒体传感器网络覆盖增强算法[J];电子学报;2012年01期

2 钟德欢;曾斌;姚路;;基于功率控制的水下声学传感器网络部署[J];火力与指挥控制;2011年09期

3 郭忠文;罗汉江;洪锋;杨猛;倪明选;;水下无线传感器网络的研究进展[J];计算机研究与发展;2010年03期

4 彭玉旭;张贤凤;;有向传感器网络覆盖增强研究[J];计算机工程;2011年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 姜瑞;基于无线传感器网络与远程通信的工业过程监控系统研究[D];吉林大学;2013年

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本文编号：1309648