水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制策略與算法研究.pdf

1、水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Underwater Wireless Sensor Networks, UWSNs)是由具有自主計(jì)算能力的傳感器節(jié)點(diǎn)在水環(huán)境中自組織形成的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通常應(yīng)用于水下信息或資源的收集和探測(cè)、水下災(zāi)難預(yù)警和領(lǐng)海軍事防御等領(lǐng)域。UWSNs的研究包括網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制、節(jié)點(diǎn)定位、時(shí)間同步、水下通信安全和網(wǎng)絡(luò)能效性等方面。網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制作為其他研究?jī)?nèi)容的前提具有重要的研究意義。水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制問題包括網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署、網(wǎng)絡(luò)K

2、覆蓋、網(wǎng)絡(luò)覆蓋保持和空洞修復(fù)等方面。本文主要研究節(jié)點(diǎn)部署問題和網(wǎng)絡(luò)K覆蓋問題。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)移動(dòng)受限節(jié)點(diǎn)自部署中現(xiàn)有算法存在的問題，提出基于不均勻分簇半徑可調(diào)的水下無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)自部署算法。算法首先根據(jù)與Sink節(jié)點(diǎn)的距離對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行不均勻分簇，從而形成不均勻的網(wǎng)絡(luò)布局；然后簇頭節(jié)點(diǎn)構(gòu)建與Sink節(jié)點(diǎn)的連通路徑保證網(wǎng)絡(luò)連通；最后，簇頭節(jié)點(diǎn)通過維持水面不均勻布局來(lái)調(diào)節(jié)自身深度，并以最小化簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)跳數(shù)為前提，優(yōu)化簇

3、內(nèi)節(jié)點(diǎn)位置。仿真結(jié)果表明，該算法可以提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，均衡和降低網(wǎng)絡(luò)能耗，同時(shí)提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋率。⑵針對(duì)移動(dòng)自由節(jié)點(diǎn)自部署中現(xiàn)有算法存在的問題，提出基于鴿群優(yōu)化的水下無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)自部署算法。首先，Sink節(jié)點(diǎn)尋找一跳節(jié)點(diǎn)并最大化一跳區(qū)域網(wǎng)絡(luò)覆蓋率；隨后一跳節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分層和分簇，同時(shí)簇頭節(jié)點(diǎn)構(gòu)建與Sink節(jié)點(diǎn)的連通路徑以保證網(wǎng)絡(luò)連通；最后，簇頭節(jié)點(diǎn)以節(jié)點(diǎn)移動(dòng)距離與覆蓋冗余度的比值為目標(biāo)，采用鴿群算法優(yōu)化節(jié)點(diǎn)部署位置。仿真結(jié)果表明，該算法可

4、以提高網(wǎng)絡(luò)連通率和網(wǎng)絡(luò)可靠性，降低網(wǎng)絡(luò)部署能耗，并在一定程度上提高了網(wǎng)絡(luò)覆蓋率。⑶針對(duì)網(wǎng)絡(luò) K覆蓋中現(xiàn)有算法存在的問題，提出分布式能量有效的水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)事件K覆蓋算法。該算法根據(jù)節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)和平均剩余能量及與事件的距離來(lái)競(jìng)爭(zhēng)管理節(jié)點(diǎn)；隨后，管理節(jié)點(diǎn)計(jì)算各節(jié)點(diǎn)被其管理的事件選擇的概率；最后，各管理節(jié)點(diǎn)以其鄰居節(jié)點(diǎn)的期望能耗，剩余能量方差以及探測(cè)性能為目標(biāo)建立多目標(biāo)優(yōu)化模型，并選擇最優(yōu)調(diào)度策略。仿真結(jié)果表明，該算法能均衡和降低網(wǎng)絡(luò)