【摘 要】
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目前,无线传感器网络在现实中的应用日益增多,承担的工作也越来越重要,在其影响下,人类对某些特殊环境的监测也变得越来越容易。传感器节点作为无线传感器网络的基础,已经成为了当代物联网学者的研究重点,其中节点部署是最为核心的。本文针对不同的监测空间提出了不同的传感器节点部署算法,使网络不仅能保证对目标点的全覆盖,而且可以在能量消耗、节点利用率以及网络成本等方面达到最佳状态。本文首先提出一种正四面体结构,
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目前,无线传感器网络在现实中的应用日益增多,承担的工作也越来越重要,在其影响下,人类对某些特殊环境的监测也变得越来越容易。传感器节点作为无线传感器网络的基础,已经成为了当代物联网学者的研究重点,其中节点部署是最为核心的。本文针对不同的监测空间提出了不同的传感器节点部署算法,使网络不仅能保证对目标点的全覆盖,而且可以在能量消耗、节点利用率以及网络成本等方面达到最佳状态。本文首先提出一种正四面体结构,然后以此为基础针对目标点在三维监测空间中会存在分布不同的情况提出两种实现全覆盖的算法:静态部署算法与动态部署算法。对于目标点分布较为均匀的监测环境使用静态部署算法,将传感器节点以正四面体结构从监测空间的某一顶点开始进行部署。而对于目标点分布不均匀且存在局部聚集的三维监测空间,则使用动态部署算法,先利用DBSCAN聚类方法进行目标点处理,得到不同的目标点簇与若干异常目标点,再于每个簇内使用正四面体结构进行部署,从而避免由于大量传感器节点的投放所造成的能耗增加。为了进一步降低网络能耗,静态部署算法与动态部署算法还将网络中未覆盖到任何目标点的节点置于睡眠状态,当网络需要时再激活调用,以此为网络节省能源。仿真实验表明,本文提出的算法在节点使用数量以及能耗方面都得到了改进。在实际情况中,监测空间可能是千变万化的,而当目标点分布在带状监测空间时,基于正四面体结构的节点部署算法将会造成大量节点的浪费,因此,本文又提出了中心点部署算法与基于半径可调的节点调整算法。中心点部署算法通过对不断更新的目标点集进行中心位的计算为传感器节点寻找合适的部署位置,使得节点被部署后不需要再进行多余的位置移动,将节点移动能耗有效降低。而基于半径可调的节点调整算法既可以通过感知半径的增长弥补覆盖漏洞,也可以通过感知半径的减小降低网络中节点的感知能耗。实验表明,在带状监测空间中,中心点部署算法与基于半径可调的节点调整算法的结合可以成功完成对三维无线传感器网络的部署,并在降低能耗以及网络成本方面做出突出贡献。
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