基于虛擬力的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)優(yōu)化部署研究.pdf

1、作為一個分布式網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是通過多跳、自組織進(jìn)行通信，它的末梢是可以感知和監(jiān)測外部世界的傳感器。WSN設(shè)置靈活，設(shè)備位置可以隨時更改，還可以跟互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有線或無線方式的連接。近十年來，WSN已經(jīng)受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界越來越大的關(guān)注，并已廣泛應(yīng)用于民用和軍事領(lǐng)域。節(jié)點(diǎn)部署是WSN的基礎(chǔ)研究工作之一，合理的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署算法有助于減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)冗余、提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、均衡節(jié)點(diǎn)能耗。
　　節(jié)點(diǎn)部署問題就是在指定的監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，根據(jù)

2、特定的要求來布置傳感器節(jié)點(diǎn)。但監(jiān)測區(qū)域有可能會是惡劣環(huán)境，使得無法更換傳感器節(jié)點(diǎn)或給節(jié)點(diǎn)充電，這給節(jié)點(diǎn)部署帶來極大的技術(shù)挑戰(zhàn)。
　　論文針對WSN節(jié)點(diǎn)部署算法展開研究。全文安排如下：第1章介紹課題研究的背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀；第2章介紹WSN網(wǎng)絡(luò)基本概念，包括其體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；第3章分析了目前使用的虛擬力算法特點(diǎn)和應(yīng)用環(huán)境，針對其存在的缺點(diǎn)和應(yīng)用局限性進(jìn)行了相關(guān)改進(jìn)，提出一種適合WSN網(wǎng)絡(luò)部署的改進(jìn)虛擬力算法(WVFA

3、)；第4章對提出的改進(jìn)虛擬力算法進(jìn)行性能仿真與分析；結(jié)論對全文進(jìn)行總結(jié)，指出本論文的不足之處，并對其發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
　　第3、4章是本論文的研究重點(diǎn)。在第3章中，為了實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋，提出一種基于虛擬力的WSN節(jié)點(diǎn)部署算法，該算法不僅研究區(qū)域最優(yōu)覆蓋，還考慮移動節(jié)點(diǎn)的能耗問題。針對區(qū)域內(nèi)部覆蓋，首先將節(jié)點(diǎn)間虛擬力的作用范圍縮小到通信范圍內(nèi)，然后從無縫覆蓋的角度出發(fā)確定節(jié)點(diǎn)間產(chǎn)生作用力的閾值；對于邊界覆蓋問題，由節(jié)點(diǎn)在邊界處覆蓋冗

4、余最小時確定節(jié)點(diǎn)到邊界的最短距離。這樣使得所有節(jié)點(diǎn)受力數(shù)目減小，易于所有節(jié)點(diǎn)達(dá)到受力平衡狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)覆蓋。此外，所有節(jié)點(diǎn)移動距離的平均值反映網(wǎng)絡(luò)整體能耗的大小，標(biāo)準(zhǔn)差反映了節(jié)點(diǎn)能耗的差異，為了減小節(jié)點(diǎn)移動距離的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，在節(jié)點(diǎn)位置更新中增加一個與該節(jié)點(diǎn)上一時刻受力大小相關(guān)的權(quán)值，最后實(shí)現(xiàn)最大化覆蓋，最小化能耗。第4章是算法的性能仿真，結(jié)果表明：WVFA算法在提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率以及降低網(wǎng)絡(luò)能耗方面的性能均優(yōu)于VFA、CBS、HLVFA