基于寿命优化的无线传感器网络部署研究

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1、中图分类号：TP114.3论文编号：10006ZY1214127专业硕士学位论文基于寿命优化的无线传感器网络部署研究作者姓名刘小西学科专业工业工程指导教师李瑞莹培养院系可靠性与系统工程学院WirelessSensorNetworkDeploymentBasedonLifetimeOptimizationADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiuXiaoxiSupervisor：LiRuiyingSchoolofReliabilityandSystemsEngineering

2、BeihangUniversity,Beijing,China中图分类号:TP114.3论文编号：10006ZY1214127硕士学位论文基于寿命优化的无线传感器网络部署研究作者姓名刘小西申请学位级别工学硕士指导教师姓名李瑞莹职称讲师学科专业工业工程研究方向网络可靠性学习时间自2012年9月8日起至2015年1月26日止论文提交日期2014年11月26日论文答辩日期2014年12月18日学位授予单位北京航空航天大学学位授予日期2014年12月18日关于学位论文的独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得

3、的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得北京航空航天大学或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权书本人完全同意北京航空航天大学有权使用本学位论文（包括但不限于其印刷版和电子版），使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门（机构）送交学位论文，以学术交流为目的赠送和

4、交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日北京航空航天大学硕士学位论文摘要无线传感器网络（WirelessSensorNetworks，WSN）被广泛应用于环境、工业生产、军事等方面的监测和控制，其寿命优化问题得到广泛关注。研究表明能量耗尽是造成WSN寿命终结的主要原因，而90%的能耗产生在通信过程中，且能耗大小与数据传输距离直接相关。因此，基于寿命优化的

5、WSN部署规划是延长网络寿命的最有效方式之一。WSN往往部署于环境恶劣区域，单次数据传递的成功率往往较低，重传作为一种提高数据传输成功率的重要途径已在WSN传输协议中广泛应用。然而，在以往基于寿命优化的WSN部署研究中，通常不考虑重传，认为传输总是一次成功的，这就造成了对寿命的高估。针对这一问题，本文将重传引入到了基于寿命优化的WSN部署规划中。本文首先简要介绍了WSN的特征和研究现状，拓扑结构分类，以及不同拓扑结构的无线传感器网络的主要部署方式。然后，分析了WSN的寿命影响因素，给出了寿命定义，并在基本能耗模型和重传协议的基础上，建立了单

6、跳数据传递次数期望模型、考虑重传的能耗模型和单跳数据成功传递率计算模型。其次，分别针对一维单层、二维单层和二维双层WSN，分析了网络感测数据的传递路径，细化了每个数据收集周期内传感器的能耗模型；同时考虑连通覆盖性和数据成功传递率约束，分别针对均匀和非均匀部署情况建立了寿命优化模型。本文提出的优化模型主要解决了以下两类问题：（1）如何优化均匀部署情况下的WSN节点数目；（2）如何优化非均匀部署情况下的WSN中节点布局以及每个位置上的节点数量。广义简约梯度算法和遗传算法均被用来求解优化模型。论文通过案例证明了在基于寿命优化的WSN部署规划中考虑

7、重传的必要性，同时验证了非均匀部署方式优于均匀部署方式，监控范围越大效果越明显。最后，还通过仿真验证了本文提出的优化部署方案远优于随机部署方案。关键词：无线传感器网络；重传；寿命优化；能耗；部署策略；可靠性。i摘要ii北京航空航天大学硕士学位论文AbstractWirelessSensorNetworks(WSN)arewidelyappliedinthemonitoringoftheenvironment,industrymanufacture,militaryandsoon.TheWSNlifetimeoptimization,whic

8、hisstronglyaffectedbyenergyconsumption,attractsmanyresearchers.Thepreviousresearchesindic