基于泊松圆盘采样的无线传感器网络节点部署方法

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1、基基基于于于泊泊泊松松松圆圆圆盘盘盘采采采样样样的的的无无无线线线传传传感感感器器器网网网络络络节节节点点点部部部署署署方方方法法法APoisson-diskSamplingbasedStrategyforNodePlacementinWirelessSensorNetwork学科专业：软件工程研究生：石文凯指导教师：王建荣副教授天津大学软件学院二〇一七年十二月独创性声明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和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得天津大学或其他教

2、育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中＾作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：年＾月心日：签字日期学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：７导师签名：１１〃签字日期：：年年（明￣日丨

3、明／日签字日期摘摘摘要要要无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,下文简称WSN)是近年来一个热门的研究领域。在很多WSN应用中，如静态物理环境监测，动态目标轨迹监测，传感器节点分布结构将直接影响WSN应用的稳定性和效率。与之相似的是，在计算机图形学领域中，以离散点的形式采集连续信号的过程是计算机图形学的重要基础研究工作。采样点的分布效果将对渲染，网格化等其他图形学研究工作产生重要影响。因此本文提出将采样领域的研究应用于WSN节点分布工作，结合具体的应用场景研究该策略的可行性，并通过实验对比分析采样方法的优势。与传统的节点分布分析方法不同的

4、是，本文基于频域特征分析方法，研究泊松圆盘采样分布结构（PoissondiskSampling,下文简称PDS）的频域特性，即蓝噪音特性，并对比其与其他传统节点分布结构频域特性的区别。频域特性是传统分布结构往往忽略的重要特性，本文结合了频域特征分析方法和空间特征分析方法，提出将PDS方法应用于WSN节点部署工作中。由于WSN的应用场景广泛且环境复杂，本文重点利用PDS方法的若干空间属性，将WSN的应用需求和PDS自身属性有效结合，验证该采样方法在不同场景中的可行性。另外，结合WSN领域的两个应用场景，“路径跟踪”和“多跳”通信，设计模拟实验分别计算数据采集结果误差

5、和通信过程的消耗代价，模拟实验结果表明高效的采样方法在传感器节点部署工作中具有明显的优势。最后，针对WSN应用的节能需求，本文利用多层级采样方法设计了一个多层节点节能方案，该方案可以根据空间覆盖率或连通性的需求对多层节点进行分配，尽可能关闭更多节点，充分降低能源消耗，同时活跃节点的分布结构始终保证了蓝噪音特性。综上，本文从多个方面论述并验证将PDS方法应用于WSN节点部署工作的优势，并展望未来在该领域继续发展的研究方向。关键词：无线传感器网络，节点部署，采样，泊松圆盘采样IABSTRACTWithdevelopmentofwirelesstechnology,th

6、etopicofWirelessSensorNetwork(WSN)hasbeenwidelydiscussedtheseyears.InmanyWSNapplications,asstaticphysicalenvironmentmonitoringordynamictrackmonitoring,sensornodedistribu-tionstructurewilldirectlyaffectthestabilityandefficiencyoftheapplicationofWSN.Similarly,inthefieldofcomputergraphics,sa

7、mplingintheformofdiscretesamplesisoneofthemostimportantprocesses.Thesampledistributionwillhaveanimportantimpactonrendering,meshingandothergraphicsapplications.SothispaperproposesthestrategyofapplyingsamplingmethodtoWSNnodedistributionwork.Theprac-ticabilityofthisstrategyisstudiedcombi

8、nedwi