无线传感器双层网络受限中继节点放置算法研究

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1、１０２７０：１５２５０２８３２学校代码分类号：ＴＰ９２学号：．上４哪炎大答硕士专业学位论文无线传感器双层网络受限中继节点放置算法研究学院：信息与机电工程学院专业学位类别：工程硕士专业领域：电子与通信工程研究生姓名：向浩凯指导教师：周小平（副教授）姜国（研究员）２０１８．０４：完成日期上海师范大学硕士学位论文摘要摘要物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。作为其核心技术之一的无线传感器网络(WSNs)在诸多领域内都具备广阔的应用前景。在很多的的应用场景中，WSNs严重受到能源及其自身软硬件

2、资源的限制，这个对WSNs的应用规模产生了很大的放缓。因此，无线传感器网络的能耗问题一直是研究的重点。在无线传感器网络中，通过放置中继节点(RNs)来减少传感器节点能耗、延长网络生命周期是一种非常有效的方法。本文围绕无线传感器网络中继节点放置方案进行了探索和研究。以下为本文的主要研究工作：首先，由于RNs放置在二维空间不能充分反映位置因素对RNs放置的影响，针对这个问题，本文研究了将RNs放置在三维空间并且网络结构是双层拓扑的情况，给出了一种基于混合整数线性规划(MILP)的中继节点放置算法。该算法首先考虑三维空间中继节点放置的物理模型；然后，基于混合整数

3、线性规划给出最优的RNs放置位置，使得簇内每个传感器节点与相应簇头之间的传输距离最小。本方案有效降低了节点能耗并提高了传感器网络的传包效率。其次，分析了本文所提的基于MILP的中继节点放置方案的局限性，由于NP难问题是一类给定N个位置，在满足一定条件下确定其中KK()N个位置的问题，因此在WSNs中最优化放置中继节点的问题是一个NP难问题。本文采用优化的遗传算法（OGA）来解决大规模WSNs中RNs的最优化放置。该方案首先对遗传算法中的进化算子和收敛准则进行改进，结合模拟退火算法(SA)，构成一种优化的遗传算法(OGA)；然后将此优化的遗传算法应用到大规

4、模WSNs的RNs放置中。仿真显示该方案提升了求解最优解的速度、有效延长了网络生命周期。最后，对前两章所给出的RNs放置方案进行可视化实现。针对传统的可视化系统可视范围过小和AR标记在某些情况下不适用的问题，给出了一种基于相对位置估计技术的无线传感网可视化系统。本系统首先计算传感器在投影平面上的坐标，之后通过坐标转换得到传感器在显示设备上的坐标，从而实现了WSNs的RNs放置的可视化，同时可视范围也得到了改进。关键词：无线传感器网络；RNs放置；整数线性规划；NP-hard问题；遗传算法；全局最优解；可视化IAbstractShanghaiNormalUn

5、iversityMasterofEngineerABSTRACTTheInternetofthingsisknownasthethirdwaveoftheworldinformationindustryafterthecomputerandInternet.Asoneofitscoretechnologies,wirelesssensornetwork(WSNs)hasbroadapplicationprospectsinmanyareas.Inmanyapplicationscenarios,WSNsisseverelylimitedbyenergyan

6、ditsownhardwareandsoftwareresources,whichhasgreatlysloweddowntheapplicationscaleofWSNs.Therefore,theenergyconsumptionofwirelesssensornetworkshasbeenthefocusofresearch.Inwirelesssensornetworks,byplacingrelaynodes(RNs)toreducetheenergyconsumptionofsensornodesandprolongthelifecycleof

7、network,itisaveryeffectivemethod.Thispaperexploresandstudiestherelaynodeplacementschemeinwirelesssensornetworks.Thefollowingisthemainresearchworkofthisarticle:Firstly,sinceRNsisplacedintwo-dimensionalspace,itdoesnotfullyreflecttheeffectoflocationfactorsontheplacementofRNs.Forthisp

8、roblem,thispaperstudiesthesituati