水下無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點部署算法研究.pdf

1、水下無線傳感器網(wǎng)絡（Underwater Wireless Sensor Networks,UWSN）是由多個具有信息感知、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、水聲通信等功能的傳感器節(jié)點組成的水下監(jiān)測系統(tǒng)。由于海洋資源日益受到各國重視，水下無線傳感器網(wǎng)絡已逐漸成為一個熱門的研究課題。目前，水下無線傳感器網(wǎng)絡的研究主要針對節(jié)點部署、節(jié)點定位、時間同步、能效策略、水下安全等方面。其中，節(jié)點部署既與網(wǎng)絡監(jiān)測質(zhì)量關系密切，又是后續(xù)各種協(xié)議和算法的設計基礎。因此

2、，如何設計合理有效的節(jié)點部署策略成為水下無線傳感器網(wǎng)絡設計中最基本的問題。
　　水下無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點部署策略可分為隨機性部署和確定性部署兩大類。對于確定性部署，按照對節(jié)點移動能力的假定，可分為靜態(tài)部署、移動受限部署、自由移動部署三類。AUV等技術(shù)的出現(xiàn)為實現(xiàn)節(jié)點在水下環(huán)境中沿各個方向自由移動提供了可能，出現(xiàn)了不少水下無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點自由移動部署算法。但是，該類算法仍存在一些不足之處，如算法通常只考慮網(wǎng)絡覆蓋率，卻忽略了網(wǎng)絡連通

3、率、網(wǎng)絡部署能耗、網(wǎng)絡生存周期等其他優(yōu)化指標。為此，文章展開了如下研究：
　?。?）由于現(xiàn)有的節(jié)點非均勻部署算法很難在確保網(wǎng)絡覆蓋率的同時對網(wǎng)絡連通率和生存周期進行優(yōu)化，本文提出了一種基于分簇的節(jié)點非均勻部署算法。在分簇的同時對節(jié)點通信半徑進行異構(gòu)處理，并定義了綜合貢獻度，用綜合貢獻度較小的節(jié)點替代在網(wǎng)絡運行中即將死亡的節(jié)點。仿真結(jié)果表明，所提出的算法能使網(wǎng)絡獲得更好的覆蓋率和連通率，并能減少節(jié)點總移動距離、延長網(wǎng)絡生存周期。

4、r>　?。?）由于現(xiàn)有的節(jié)點部署算法很難使網(wǎng)絡在確保全連通的前提下提高網(wǎng)絡覆蓋率，且未對部署過程中的通信能耗和移動能耗進行優(yōu)化，本文提出了一種基于連通支配集的節(jié)點部署算法。當節(jié)點被隨機播撒在水下三維監(jiān)測空間后，未連通的節(jié)點移向Sink節(jié)點直至網(wǎng)絡達到全連通，之后Sink節(jié)點進行集中式優(yōu)化計算，確定網(wǎng)絡連通支配集，并對非連通支配節(jié)點位置進行優(yōu)化調(diào)整。仿真結(jié)果表明，所提出的算法既能使網(wǎng)絡保持全連通，又能使網(wǎng)絡實現(xiàn)較高覆蓋率，同時減少部署過程

5、中的通信能耗和移動能耗。
　?。?）由于現(xiàn)有的節(jié)點重部署算法很難在充分考慮節(jié)點運動的前提下，以盡量少的網(wǎng)絡能耗改善網(wǎng)絡運行過程中的覆蓋率和連通率，本文提出了一種基于分層連通樹的節(jié)點重部署算法。首先，各節(jié)點通過自檢調(diào)整避免運動至監(jiān)測空間外；然后，網(wǎng)絡進行逐級分層，變成以Sink節(jié)點為根節(jié)點的分層連通樹；最后，Sink節(jié)點結(jié)合網(wǎng)絡覆蓋率、網(wǎng)絡連通率、節(jié)點移動耗能，對分層連通樹中的葉子節(jié)點位置進行優(yōu)化調(diào)整。仿真結(jié)果表明，所提出的算法能夠