基于虛擬力的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點優(yōu)化部署研究.pdf

1、作為一個分布式網(wǎng)絡，無線傳感器網(wǎng)絡(WSN)是通過多跳、自組織進行通信，它的末梢是可以感知和監(jiān)測外部世界的傳感器。WSN設置靈活，設備位置可以隨時更改，還可以跟互聯(lián)網(wǎng)進行有線或無線方式的連接。近十年來，WSN已經(jīng)受到學術界和工業(yè)界越來越大的關注，并已廣泛應用于民用和軍事領域。節(jié)點部署是WSN的基礎研究工作之一，合理的網(wǎng)絡節(jié)點部署算法有助于減少網(wǎng)絡節(jié)點冗余、提高網(wǎng)絡覆蓋率、均衡節(jié)點能耗。
　　節(jié)點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。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)點或給節(jié)點充電，這給節(jié)點部署帶來極大的技術挑戰(zhàn)。
　　論文針對WSN節(jié)點部署算法展開研究。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)絡基本概念，包括其體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡特點、網(wǎng)絡應用；第3章分析了目前使用的虛擬力算法特點和應用環(huán)境，針對其存在的缺點和應用局限性進行了相關改進，提出一種適合WSN網(wǎng)絡部署的改進虛擬力算法(WVFA

3、)；第4章對提出的改進虛擬力算法進行性能仿真與分析；結(jié)論對全文進行總結(jié)，指出本論文的不足之處，并對其發(fā)展方向進行了展望。
　　第3、4章是本論文的研究重點。在第3章中，為了實現(xiàn)無縫覆蓋，提出一種基于虛擬力的WSN節(jié)點部署算法，該算法不僅研究區(qū)域最優(yōu)覆蓋，還考慮移動節(jié)點的能耗問題。針對區(qū)域內(nèi)部覆蓋，首先將節(jié)點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)點間產(chǎn)生作用力的閾值；對于邊界覆蓋問題，由節(jié)點在邊界處覆蓋冗

4、余最小時確定節(jié)點到邊界的最短距離。這樣使得所有節(jié)點受力數(shù)目減小，易于所有節(jié)點達到受力平衡狀態(tài)，實現(xiàn)最優(yōu)覆蓋。此外，所有節(jié)點移動距離的平均值反映網(wǎng)絡整體能耗的大小，標準差反映了節(jié)點能耗的差異，為了減小節(jié)點移動距離的平均值和標準差，在節(jié)點位置更新中增加一個與該節(jié)點上一時刻受力大小相關的權值，最后實現(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)絡覆蓋率以及降低網(wǎng)絡能耗方面的性能均優(yōu)于VFA、CBS、HLVFA