无线传感器网络结点配置问题研究

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1、中国科学技术大学硕士学位论文无线传感器网络结点配置问题研究姓名：张波申请学位级别：硕士专业：计算机应用指导教师：黄刘生20070501中国科学技术大学硕士学位论文摘要由传感器、微处理器和无线通信接口组成的无线传感器网络(WirelessSensorNetwork)是采用全新的信息获取和处理技术组成的新型网络。它广阔的应用前景使得它在医疗卫生、环境监测和军事领域得到了飞速发展。目前有关无线传感器网络的研究引起了学术界和工业界的高度重视。无线传感器网络结点配置，即通过一定的算法部署各种结点，优化现有的网络资源，以期网络在应用中利用率最大

2、或单个任务消耗量最小。它是无线传感器网络应用系统的一个基本问题，决定着传感器监测物理空间的效果，影响传感器网络的服务质量。针对这些，研究尚存在许多有待深入和扩展的领域，如何设计专门的算法来更好地解决结点配置成为研究的热点问题。本文将围绕这一主题，密切结合特定应用背景，在优化覆盖和节能等结点配置的核心问题上展开研究。论文中的工作包括以下几个方面：(1)在无线传感器网络中，概率覆盖模型能够LL--元覆盖模型更加准确地反映网络的覆盖状况。本文研究了基于一种更为实用化概率检测模型(引入x％．RS的概念)的无线传感器网络覆盖优化配置问题。在严

3、格确保无线传感器网络连通性的条件下，优化了传感器结点配置数目并达到要求的覆盖度，获得具体的传感器结点配置方案。为提高算法的效率，在分步优化算法的基础上尝试一次循环配置多个传感器结点。最后，通过模拟计算给出配置算法的性能。(2)为实现传感器结点的配置，随机散布方式被广泛地采用。这里主要研究了无线传感器网络结点随机配置方式下的完全覆盖和连通问题。通过对网络完全覆盖和连通的分析，给出完全覆盖概率、检测半径和结点数目之间的定量关系：分析了参数对配置的影响，对比高斯分布和均匀分布的配置特性，以指导传感器网络的结点部署。提出了完全覆盖径向连通盼

4、配置方案来优化传感器结点数目，从而降低网络的配置代价。利用模拟仿真试验来评定结论。(3)两层的无线传感器网络框架在实际的应用中越来越多地被采用，本文研究了基于两层的无线传感器网络框架的网络最大生命期优化配置问题。网络中国科学技术大学硕』j学位论文摘蔓由两类结点组成：传感器结点(具有初始能量e。)和簇头结点(具有初始能量e，)，传感器结点用来监测周围环境，簇头结点用来确保传感器结点和sink结点之间的连通。根据传感器各结点配蔑位景和数据率，采用分步优化的策略实现对簇头结点优化配置：首先，采用分簇方式将覆盖地区划分成许多子区域或簇：然后

5、，在组内确定簇头结点的位置；最后，用动态调整机制充分地优化网络生存期。大量仿真结果表明，该方法算法具有良好的生命期优化效果。(4)能量有限是无线传感器网络的主要特点之一，在数据的收集过程中，利用Sink结点的可移动特性实现网络的能量有效，也是WSN结点配置值得研究的问题。由于受到环境或其它客观条件的限制，使得Sink结点的移动受限，基于此点考虑，本文提出基于特定点路径的时间分配规划以及非限制的全路径的时间规划，并利用多种的衡量指标评估分配方案。大量仿真结果表明。该方法有效的对系统能量的消耗进行了合理的控制，达到较为理想的效果。关键词

6、：无线传感器网络：结点配置；完全覆盖；连通；能量有效；生命期中国科学技术大学硕士学位论文摘要AbstractWirelessSensorNetwork(WSN)isanewtypeofnetworkmadeupofsensors，microprocessorsandwirelesscommunicationinterfaces，withnoveltechnologyofinformationacquiringandprocessinginformation．Itsbroadpotentialapplicationsmakethist

7、echnologydeveloprapidlyinmanyfields．Nowadaysbomacademiaandindustriesa北veryinterestedinWSN．Byefficientalgorithmsandtechniquesensorplacementcanoptimizethenetworkre$onrceSothatwegetthemaxofusagefactorandtheminofexpenditure．Fornetworkapplicationsystemsensorplacementisabasa

8、lquestion，itdecideeffectofdetectionandaffectQOS．TherearealsomanyunresolvedproblemsintheresearchesofWSN，whichmeansdesi