海洋无线传感器网络层次化部署优化方法研究

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海洋无线传感器网络在海洋水质监测、海洋灾害预警、水下军事防御等场景中发挥着至关重要的作用,应用前景广阔。海洋无线传感器网络的部署是整个网络运行的基础,影响后续数据的发送和收集质量。海洋环境与陆地不同,其环境更复杂,并且是三维的,因此,海洋无线传感器网络的部署具有很大的挑战性。针对海洋无线传感器网络的部署问题,本文分析了网络的基本架构,并根据该架构将网络的部署问题分为水下无线传感器节点部署和水面中继节点部署两个层次,同时为了提高水下节点部署的质量,又将水下无线传感器节点部署分为两个阶段:第一阶段节点从水面下沉,进行深度调节,同时可以在水平方向细微调整位置;第二阶段基于前一阶段的初始部署结果,节点可以自由移动,对覆盖空洞进行修复。具体研究如下:针对水下节点的深度调节部署问题,首先建模,其次使用基于Voronoi图和节点密度的深度调节算法选择下沉的节点并计算下沉深度,然后对没有下沉的节点进行水平方向位置调整,提高网络的连通性,使节点均匀分布在水下三维空间。仿真结果表明了算法的有效性。针对水下节点的位置调整,引入分层的海洋水流模型,同时为水下传感器配置锚链和浮子,保证节点静止时位置固定。然后通过改进的三维虚拟力算法调整部分节点位置,提高网络的连通性和对目标区域的覆盖率,同时减少节点移动过程中的能耗。仿真结果验证了节点位置调整优化方法行之有效。针对水面中继节点部署,在建模时考虑到网络拥塞发生的可能性,对每个中继节点建立链路的数量进行限制,为了提高网络的冗余性,使用多个中继节点对一个水下节点进行覆盖。然后使用改进的人工蜂群算法求解部署问题,算法收敛速度快,提高了中继节点对水下节点的覆盖率。仿真结果显示了算法的有效性。
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