大規模水下移動感測器網路拓撲動態性及拓撲最佳化研究

《大規模水下移動感測器網路拓撲動態性及拓撲最佳化研究》是依託天津大學，由劉春鳳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：大規模水下移動感測器網路拓撲動態性及拓撲最佳化研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉春鳳
• 依託單位：天津大學

項目摘要

海洋環境監測、開發和權益維護對水下通信及感測器網路提出了重大需求。當前水下感測器網路呈大規模化、移動化、稀疏化發展態勢，網路拓撲動態多變，給網路控制及最佳化帶來極大挑戰。本課題針對該網路移動多樣性、間歇連通性等特點研究網路拓撲動態性及拓撲最佳化問題。基於流體動力學與統計理論系統研究節點移動規律，判定節點移動的異構性、多尺度性、時空特性及非線性動力學特性，建立符合水下感測器網路節點移動的數學模型；分析大規模水下感測器網路拓撲結構的複雜統計特性，提出基於含時動態複雜網路理論的拓撲動態演化模型；研究網路連通特性，藉助滲流理論，提出網路連通性關鍵臨界狀態轉移時間分析方法；研究節點移動和失效時網路拓撲抗毀性問題，建立網路拓撲抗毀測度模型，設計相應的拓撲癒合及最佳化算法，提高網路可靠性；對所提出的模型及方法進行嚴格的理論分析與仿真驗證。本課題的完成可為設計和最佳化水下感測器網路提供重要的理論基礎與方法支撐。

結題摘要

21世紀是“海洋世紀”，海洋將是我國乃至全球在新世紀極其重要的發展戰略空間，海洋科學將成為國家發展強大的重要因素，高速可靠的海洋網路系統必將在迅速發展的海洋經濟、海洋生活、海洋軍事等領域發揮更大的作用。水下感測器網路呈大規模化、移動化、稀疏化發展態勢，網路拓撲動態多變，給網路控制及最佳化帶來極大挑戰。課題研究了網路節點移動多樣性、間歇連通性等特點，提出了基於卡爾曼濾波的預測理論及基於極值理論的建模方法；研究了網路拓撲動態性及拓撲最佳化問題，提出了基於中繼節點及流量聯合分配的網路部署最佳化方法；研究了水下三維空間中節點的移動規律，提出了基於剛性圖理論及分層理論的網路拓撲最佳化控制方法；研究了水下感測器網路能量消耗不均衡的問題，提出了非均勻分布的水下感測器節點移動模型；對網路拓撲的動態演化特性進行了研究，在一定程度上解決了網路連通性及網路生存周期短的問題，提高了網路可靠性；對所提出的模型及方法進行了嚴格的理論分析與仿真驗證。課題的完成為設計和最佳化水下感測器網路拓撲結構及設計相應的路由協定、數據傳輸協定等提供了重要的理論指導與方法基礎。