水下无线传感器网络节点部署算法研究

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1、硕士学位论文题目:水下无线传感器网络节点部署算法研究研究生刘俊专业控制工程指导教师蒋鹏教授完成日期2016年3月杭州电子科技大学硕士学位论文水下无线传感器网络节点部署算法研究研究生：刘俊指导教师：蒋鹏教授2016年3月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterResearchonNodeDeploymentAlgorithmforUnderwaterWirelessSensorNetworksCandidate:Ju

2、nLiuSupervisor:Prof.PengJiangMarch,2016杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。申请学位论文与资料若有不＾实之处，本人承担切相关责任。论文作者签名：曰期：年月立ｊ／知学位论文使用授权说明

3、本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，目Ｐ：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可Ｗ公布论文的全部或部分内容，可Ｗ允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密论文在解密后遵守此规定）论文作者签名：＾曰期；年ｊ月／之曰指导教师签蓋曰期占年月ｒ日ｉ杭州电子科技大学硕士学位论文摘要水下无线传感器

4、网络（UnderwaterWirelessSensorNetworks,UWSN）是由多个具有信息感知、数据存储、数据处理、水声通信等功能的传感器节点组成的水下监测系统。由于海洋资源日益受到各国重视，水下无线传感器网络已逐渐成为一个热门的研究课题。目前，水下无线传感器网络的研究主要针对节点部署、节点定位、时间同步、能效策略、水下安全等方面。其中，节点部署既与网络监测质量关系密切，又是后续各种协议和算法的设计基础。因此，如何设计合理有效的节点部署策略成为水下无线传感器网络设计中最基本的问题。水下无线传感器网络

5、节点部署策略可分为随机性部署和确定性部署两大类。对于确定性部署，按照对节点移动能力的假定，可分为静态部署、移动受限部署、自由移动部署三类。AUV等技术的出现为实现节点在水下环境中沿各个方向自由移动提供了可能，出现了不少水下无线传感器网络节点自由移动部署算法。但是，该类算法仍存在一些不足之处，如算法通常只考虑网络覆盖率，却忽略了网络连通率、网络部署能耗、网络生存周期等其他优化指标。为此，文章展开了如下研究：（1）由于现有的节点非均匀部署算法很难在确保网络覆盖率的同时对网络连通率和生存周期进行优化，本文提出了一

6、种基于分簇的节点非均匀部署算法。在分簇的同时对节点通信半径进行异构处理，并定义了综合贡献度，用综合贡献度较小的节点替代在网络运行中即将死亡的节点。仿真结果表明，所提出的算法能使网络获得更好的覆盖率和连通率，并能减少节点总移动距离、延长网络生存周期。（2）由于现有的节点部署算法很难使网络在确保全连通的前提下提高网络覆盖率，且未对部署过程中的通信能耗和移动能耗进行优化，本文提出了一种基于连通支配集的节点部署算法。当节点被随机播撒在水下三维监测空间后，未连通的节点移向Sink节点直至网络达到全连通，之后Sink节

7、点进行集中式优化计算，确定网络连通支配集，并对非连通支配节点位置进行优化调整。仿真结果表明，所提出的算法既能使网络保持全连通，又能使网络实现较高覆盖率，同时减少部署过程中的通信能耗和移动能耗。（3）由于现有的节点重部署算法很难在充分考虑节点运动的前提下，以尽量少的网络能耗改善网络运行过程中的覆盖率和连通率，本文提出了一种基于分I杭州电子科技大学硕士学位论文层连通树的节点重部署算法。首先，各节点通过自检调整避免运动至监测空间外；然后，网络进行逐级分层，变成以Sink节点为根节点的分层连通树；最后，Sink节点

8、结合网络覆盖率、网络连通率、节点移动耗能，对分层连通树中的叶子节点位置进行优化调整。仿真结果表明，所提出的算法能够使网络中的节点尽量位于监测空间中，并能使网络在运行过程中保持更好的覆盖率和连通率，同时能减少重部署过程中的移动能耗、延长网络生存周期。关键词：节点非均匀部署，综合贡献度，全连通，节点重部署，网络生存周期II杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTUnderwaterwirelesssensorne