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无线传感器网络覆盖控制与路由协议的研究

陶孝收  
【摘要】: 随着无线通信、嵌入式和传感技术的不断发展和进步,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)逐渐形成。而覆盖策略是无线传感器网络中一个基本且首要亟待解决的问题,它保证无线传感器节点的部署能有效地覆盖被监测的区域或目标。路由协议与应用环境密切相关,是无线传感器网络的核心技术之一,路由协议的性能和整个网络的性能都具有很大的关系。 本文首先研究了无线传感器网络的特点,接着综述了无线传感器网络覆盖控制问题和路由协议的研究现状,在此基础上,考虑了不均匀覆盖导致的“覆盖洞”问题,提出了基于移动节点“虚拟力”方法的拟物拟人覆盖策略。在覆盖的基础上,考虑到节点能量有限和数据冗余的问题,提出了基于限制窗口蚁群算法的轮询路由。具体工作如下: (1)研究了无线传感器网络的特点,综述了无线传感器网络覆盖控制问题和路由协议的研究现状,分析并指出覆盖问题中需要考虑的问题──“覆盖洞”问题,以及路由的协议中需要考虑的问题──数据冗余。为此介绍了当前一些典型的覆盖控制算法和路由算法,并指出各自方法的特点和当前研究存在的问题。 (2)提出了一种新的无线传感器网络覆盖控制算法──基于拟物拟人的区域覆盖算法。该算法考虑到节点能量的有限性、网络的连通性、覆盖无重复性、节点的移动性特点,利用最少的节点达到区域覆盖无盲区。通过定性分析表明,该算法具有较好的覆盖率和较少的迭代次数,达到快速收敛。 (3)在基于区域覆盖控制的基础上,提出了一种新的无线传感器网络路由协议──基于限制窗口蚁群算法的轮询路由。该算法基于二维插值的点热源位置估计,寻求节点之间的最短巡回路径。从定性分析来看,最短路径相对平均路径能够快速收敛,而且波动很小。 最后,用MATLAB搭建网络仿真环境,设计实现了基于拟物拟人区域覆盖算法和基于限制窗口蚁群算法的路由协议仿真程序,仿真结果表明上述两种方法的有效性。


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