無線傳感器網(wǎng)絡中的拓撲幾何算法及應用研究.pdf

1、隨著微電子學,數(shù)字電路和無線通信等技術的發(fā)展,無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Network,WSN)的使用已經成為了現(xiàn)實。隨后,關于WSN的感知能力及應用研究層出不窮。WSN是一種由低功耗、微小的傳感器節(jié)點密集布署而形成的無線網(wǎng)絡。它的主要功能是收集和傳播環(huán)境數(shù)據(jù)信息,促進了物理環(huán)境的精確遠程監(jiān)控技術的發(fā)展。
　　無線傳感器網(wǎng)絡的拓撲幾何算法是利用計算幾何的方法來實現(xiàn)某些應用。拓撲幾何在WSN的許多重要的基本應用

2、中有著非常重要的作用。網(wǎng)絡路由,節(jié)點定位,邊界檢測,骨架提取,凸區(qū)域分解等網(wǎng)絡科學中的基本應用都需要用到拓撲幾何方法。本文圍繞拓撲幾何算法及應用進行了深入研究,針對定位及邊界檢測提出了新穎的協(xié)議來實現(xiàn)WSN的性能提升,開創(chuàng)性的解決了一些WSN領域的難題。
　　定位算法CATL有三個特點區(qū)別于前人的工作:(1)它可適用于二維和三維空間網(wǎng)絡,并能定位可能含有空洞或者凹區(qū)域的復雜網(wǎng)絡拓撲;(2)它是一個無錨節(jié)點的僅僅使用連通性信息來精確

3、的恢復原始網(wǎng)絡的拓撲結構,回復結果至多是產生原始拓撲的縮放和旋轉效果;(3)它不依靠網(wǎng)絡的邊界信息,這使它很好地適應了邊界難以識別的情況。CATL的核心點是發(fā)現(xiàn)凹點,經過凹點的最短路徑通常是彎曲的,這種彎曲路徑的兩點間跳數(shù)估計距離會嚴重的偏離其真實的歐氏距離。于是提出了一個回避凹點的多點迭代定位機制。仿真實驗證明了CATL用適度的節(jié)點通信開銷得到了精確的定位結果。
　　邊界檢測算法CABET是一個新穎的基于連通性的大規(guī)模三維傳感器

4、網(wǎng)絡的邊界抽取方案。它是第一個既可適用于三維傳感器網(wǎng)絡又是純粹基于連通性的傳感器網(wǎng)絡邊界探測算法。這是一個完全分布式的協(xié)議。CABET的一個亮點在于它的對于關鍵節(jié)點的非均勻采樣(r'-sampling)。這種采樣方法選取一些節(jié)點作為信標節(jié)點形成邊界曲面。在選取過程中,偏向于選取那些能體現(xiàn)突出的拓撲特征的節(jié)點。仿真實驗證明在允許一些空洞出現(xiàn)和拓撲形狀復雜的情況下,CABET可以抽取出一個連接良好的邊界,其效果比其他最先進的邊界抽取方案更好