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无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是由监测区域内大量传感器节点构成的无线自组织网络,在军事国防、工业控制、环境监测、医疗健康、智能家居等领域有广泛应用,是物联网的核心部件。WSN的节点部署是该网络的基本问题之一,其效果直接决定了网络的工作状况、生存周期和服务质量。传感器节点自身资源有限,且在恶劣环境下容易遭到破坏,从而导致网络通信受阻甚至会被分割成多个孤立分区,故及时而有效地恢复网络连通显得尤为迫切和必要。本文针对WSN的节点部署和连通恢复方法开展如下创新研究:1、考虑到WSN中传感器节点的分布状况会影响网络的成本和寿命,本文提出了一种基于能耗均衡的节点密度控制策略(Node Density Control Strategy,NDCS)。NDCS分别针对圆环网络模型和矩形分层模型,推导出网络能量消耗均衡时节点密度的精确表达式,显著延长网络生命周期。NDCS的特点在于,分析对比了分簇与不分簇两种情况下的节点密度分布情况,论证了监测区域面积对数据量的影响,并使用了更精确的传输距离。2、针对WSN“多对一”传输模式中存在的能量空洞问题,本文提出一种利用超级传感器节点建立超级链路的数据引流方法(Super Links based on Data Drainage,SLDD)。SLDD的主要思想是,首先利用蚁群算法(Ant Colony Optimization,ACO)实现整个网络的基本覆盖和连通,然后选择合适的位置部署超级节点从而建立超级链路和实现数据引流。超级链路的起点选择在负载相对较大及离基站相对较远的位置,即离基站不太近且具有流量突变的位置。超级链路的终点选择在负载较小且离基站较近的位置。通过超级链路的数据引流,SLDD最终实现不同区域之间的负载重新分配,从而缓解能量空洞。3、针对WSN被意外分割成多个孤立分区的情况,本文提出一种基于移动辅助的网络连通恢复算法(Movement-Assisted Connectivity Restoration Algorithm,MACRA)。MACRA分两部分:首先进行模糊连通恢复,即寻找节点在孤立分区之间移动的大致起点位置和大致终点位置;然后进行精确连通恢复,即寻找节点往返的精确起点位置和精确终点位置。模糊连通恢复利用网格分区求解各个孤立分区的大致距离来减小计算复杂度,并判断连通方向来减少连通距离和传输时延。精确连通恢复在模糊连通选择的大致位置选取连通距离较小且邻居节点较多的两个传感器节点作为移动节点的往返起点和终点。本文在网络成本、网络寿命、传输时延、移动距离和能耗性能上进行了仿真,结果显示:NDCS和SLDD能显著降低网络成本和延长网络的寿命,SLDD和MACRA在时延上都得到优化,MACRA缩短了移动距离,NDCS和SLDD展现出较好的能量消耗均衡性。