基于成本最小的無線感知器網(wǎng)絡部署方法研究.pdf

1、分類號：Si2互密級：公五單位代碼：!QQ題學號：2Q!Q!l基于成本最小的無線感知器網(wǎng)絡部署方法研究ResearchofWirelessSensorNetworksDeploymentMethodBasedonMinimumCost學位申請人：指導教師：學科專業(yè)：研究方向：學位類別：授予單位：答辯日期：范鐵鋼霍利民滕桂法農(nóng)業(yè)機械化工程計算機網(wǎng)絡與智能信息處理工學博士河北農(nóng)業(yè)大學201561摘要伴隨著無線通信和微電子技術的發(fā)展，無線感知

2、器網(wǎng)絡(WirelessSensorSetworks)越來越受到研究人員以及眾多行業(yè)的重視，并已經(jīng)用于很多實際應用中。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是無線感知器網(wǎng)絡應用的重要領域。為了發(fā)展“精細農(nóng)業(yè)”，必須要獲取準確、實時的相關農(nóng)業(yè)信息，包括天氣、土壤、農(nóng)作物等，無線感知器網(wǎng)絡技術以經(jīng)成為獲取這些信息的重要工具，被應用于作物施肥、土壤監(jiān)測、病蟲害防控、節(jié)水灌溉等眾多方面。農(nóng)業(yè)信息的多樣性和時空相關性增加了信息獲取的難度，對無線感知器網(wǎng)絡的設計和部署提出了更高

3、要求。節(jié)點部署是無線感知器網(wǎng)絡正常運行的基礎工作，它關系到網(wǎng)絡性能的優(yōu)劣，如何部署網(wǎng)絡節(jié)點也成為研究熱點之一。不同的實際應用對于無線感知器網(wǎng)絡的性能需求不同，衡量網(wǎng)絡性能的指標主要包括網(wǎng)絡覆蓋性、連通性、時問延遲、網(wǎng)絡壽命、能量效率、網(wǎng)絡成本等。其中網(wǎng)絡成本是任何應用下進行無線感知器網(wǎng)絡設計和部署過程中必須考慮的因素，尤其對于規(guī)模較大的農(nóng)田監(jiān)測應用，采用基于成本最小的部署方法可以為用戶節(jié)省資源、降低成本、提高收益。針對網(wǎng)絡成本的研究能夠

4、深入了解影響成本的各種因素以及相互關系，為建立優(yōu)化的網(wǎng)絡結構提供指導，對網(wǎng)絡節(jié)點的部署和網(wǎng)絡的有效運行有著重要的理論研究意義。本文研究基于成本最小化的無線感知器網(wǎng)絡的節(jié)點部署方法，論文的主要研究內(nèi)容和成果如下：1、為了能夠綜合地衡量網(wǎng)絡成本，給出了新的指標：單位面積成本(當網(wǎng)絡壽命作為設計要求時)或單位面積和壽命的成本。這一指標綜合體現(xiàn)了節(jié)點個數(shù)、能量效率、壽命等多項內(nèi)容，本文中的模型都是以最小化此指標為目的。2、針對單層無線感知器網(wǎng)絡

5、，在感知器節(jié)點傳輸距離確定的情況下，提出了以成本最小為目標的規(guī)劃模型，以及相應的節(jié)點部署方法。減少網(wǎng)絡成本包含多個方面，提高能量使用效率、延長網(wǎng)絡時間是節(jié)省網(wǎng)絡成本的一種方式。提出的部署方法將網(wǎng)絡壽命作為設計需求，并從不同的方面采取多種措施來減少成本：采用正六邊形單元結構可以在保證覆蓋性和連通性的前提下使用最少的感知器節(jié)點；通過為節(jié)點裝配不同的初始能量來減少能量浪費；在仔細分析節(jié)點能量消耗和網(wǎng)絡總成本的基礎上，給出多約束下的規(guī)劃模型，目

6、標是最小化單位面積成本，通過求解模型確定最優(yōu)環(huán)數(shù)；為了保證感知節(jié)點間的能量消耗平衡，提出了一種負載平衡的數(shù)據(jù)路由算法。針對大面積的監(jiān)測應用，給出了多sink網(wǎng)絡部署方法。通過數(shù)值模擬和分析，最優(yōu)環(huán)數(shù)、不同的初始能量以及數(shù)據(jù)整合等措施明顯地減少了網(wǎng)絡成本；通過對單sink和多sink網(wǎng)絡的模擬比較，顯示出所提出的多sink部署方法最多可以減少近70％的網(wǎng)絡成本，大大減低了成本。3、針對兩層無線感知器網(wǎng)絡，提出了最小化網(wǎng)絡成本的規(guī)劃模型，并