水下传感器网络高效节点部署研究

作     者：孙佳艺 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：石高涛;魏志强

授予年度：2019年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：水下无线传感器网络 节点部署 深度调节 Voronoi图 目标探测 

摘      要：水下无线传感器网络在水环境信息采集、海底资源探测、海洋军事监控、水下灾害预警等方面具有广阔的应用前景,其中水下传感器网络节点部署不仅直接影响网络监测质量,而且关系到网络后续的各种算法和协议设计。然而,由于水下环境的特殊性,部署节点的成本高昂,采用何种方法在满足应用环境覆盖要求的前提下有效降低节点的部署成本是需要研究的关键问题。本文首先就现有的部署算法、覆盖指标、感知模型、通信方式等对水下传感器网络节点部署问题进行了研究,针对水环境中节点的分层覆盖问题,本文提出了一种结合Voronoi图的深度调节部署算法,该方法首先计算保证全覆盖情况下各水下传感器节点应该下沉的深度,然后通过2-Voronoi图引理判断节点是否冗余,根据冗余节点的下沉距离进行深度调节,并最终实现一个层次化的三维节点部署目标。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,延长网络生存周期。其次,针对传统的立方体填充式全覆盖节点部署方案成本高昂的缺点,本文提出了一种基于剖面的屏障部署方案来检测动态水域中的目标。该方案推导了达到屏障全覆盖时需要的最少的传感器节点数量,然后通过调整节点在竖直方向上的位置,构建出一个剖面屏障,基于网格划分的方法来估算覆盖率,评估了节点移动期间的覆盖范围和能耗。结果表明该方法具有良好的覆盖性能,并且它可以减少和平衡锚节点部署期间的能耗,以延长网络正常运行时间。