无线网络中保证覆盖连通节点部署问题地研究

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1、原创性声明m㈣lⅢ洲删0删㈣Ⅲ嗍IY2423640本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：趣日期：址年堕月三日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或

2、部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。日期：丝年旦月三日摘要无线网络是当前信息领域中的新研究热点，具有广泛的应用前景。在较受关注的无线网络中，无线传感器网络作为21世纪最具影响力的技术之一，由大量传感器节点组成，通过节点收集、处理和传输来自物理世界的数据，为促进人类生产、改善生活质量提供服务。在无线移动互联网中，W试4AX作为宽带无线接入的新兴技术，使用大量中继节点来覆盖用户并中转信号，为用户提供随时随地高速接入互联网的服务，具有加强信

3、号功率、减少信号衰减的作用，改善了用户所收到的信号质量。节点作为这些无线网络的基本组成部分，其部署方式决定了网络的服务质量。本文旨在设计优化的节点部署方案，提高网络服务质量、降低网络构建成本。主要研究工作包括：(1)在无线传感器网络中，任务区域边界的存在导致“边界效应”，影响网络的覆盖和连通性能。针对此问题，本文首先分析研究边界附近节点的位置关系，然后基于此位置关系提出无边界效应部署算法GI也D，使用较少节点实现对任务区域的完全覆盖和网络连通。理论分析和仿真结果表明，算法GRLD部署的网络能覆盖任意形状区域，满足常用连通覆盖半径比值(t．／‘≥o．54)下的

4、网络连通性。相对于已有的典型确定性部署算法，GI也D能保证对区域的无边界覆盖和网络连通，具有较好的部署效率。(2)在能量受限的传感器网络中，节点的移动能耗约为感知和传输数据能耗的10至100倍。节点的移动将导致节点能耗过大，导致其过快“死亡”，缩短网络生命周期。针对此问题，本文设计移动节点部署算法，在保证目标覆盖和网络连通的同时，降低节点的移动能耗。通过定义最小移动代价的节点部署问题，证明问题难度。接着分别针对特殊场景和一般场景，设计了基于分配问题的扩展匈牙利算法、基于团划分的Basic算法和基于目标Voronoi图的TV-骶edy算法解决覆盖问题。基于最小

5、欧几里得树提出ECST-H算法，解决连通问题。理论分析和模拟结果表明，算法能以较低的时间和空间复杂度，用较少的节点移动代价实现对目标的覆盖和全网连通。(3)在Wi㈣网络中，当发送功率和信道数目一定时，用户接入链路的传输速率直接取决于用户到中继的距离。本文研究如何部署较少中继，满足用户到中继距离的要求，从而保证用户的数据速率。通过将该其转化为最少团划分问题，基于用户邻居信息提出启发式算法M_6ⅨDCP，接着考虑用户地理位置信息，设计算法GEOCP。理论分析和模拟结果表明，相对于已有算法，算法M√6ⅨDCP和GEOCP的时间复杂度低，能使用更少中继保证用户的数据

6、速率要求。(4)在移动晰MAX网络中，用户在固定中继的覆盖区域之间移动，加重了沿途中继站的负载，影响信号中转质量。针对此问题，本文提出最少移动中继部署问题MMRP，使用移动中继作为临时中继，对固定中继进行巡逻，减少固定中继在繁忙时期的负载。通过将MMRP转化为点不相交的最少路径覆盖问题，分别基于图的遍历、最大匹配和最大流思想设计算法。理论分析和模拟结果表明，所提出的算法具有低复杂度，能够以较少移动中继满足对固定中继巡逻的要求，有效缓解W㈣网络中固定中继的负担。综上所述，本文针对无线网络中节点的部署问题提出了相应的解决方案，对于推进无线网络的研究和实用化具有一

7、定的理论意义和应用价值。关键词无线传感器网络，W试嗄AX网络，节点移动性，覆盖，连通IIABSTRACTInlastdecade，wi也t11edepmresearchofrelatedtecllllologiesandt11eadVancementi11hardware，、析relessnetv旧fI【s，suChasWir．elssSensorNe咖rks(WSNs)and晰MAXne俩orksared印loyedwidelyinpraCticeanddrawamassattention丘omabroadrar培eof印plicatiolls．Asmn妇

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