《無線感測器網路中的中繼節點布置問題研究》是依託深圳大學，由陸克中擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：無線感測器網路中的中繼節點布置問題研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陸克中
- 依託單位：深圳大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在無線感測器網路布置中繼節點可有效延長網路生存時間、增強網路的連通性或容錯性，本項目以減少所需的中繼節點數目為切入點，探索能進一步減少網路成本、適用範圍廣且實用性強的中繼節點布置方案，使之基本滿足在無線感測器網路中的理論和套用的需要。以幾何理論為基礎，提出一種適用於感測器節點三維分布的簇內中繼節點布置算法；以經典的歐幾里德Steiner樹問題為基礎，提出一種單層網路中的中繼節點布置算法；以幾何覆蓋原理為基礎，提出一種分層網路中的中繼節點布置算法，在選定中繼節點時統一考慮中繼節點的覆蓋性以及中繼節點之間的連通性；以分層網路中的中繼節點布置問題為基礎，提出一種分層網路中的最小成本中繼節點布置算法，綜合考慮中繼節點的成本和能量的成本。為了擴大適用範圍和增強實用性，進一步將僅滿足連通性的中繼節點布置算法擴展到滿足容錯性以及存在基站等情況。
結題摘要
為了延長網路生存時間或保證網路的連通性，可以在無線感測器網路中布置少量專門用於路由數據的中繼節點。本項目以幾何理論為基礎，系統深入地研究了無線感測器網路中的中繼節點布置問題，主要研究內容和研究結果包括： (1) 研究了不同網路模型和最佳化目標下的簇內中繼節點布置問題，由於作為簇頭的中繼節點的功能類似於一個獨立網路中的基站，因此無線感測器網路中的基站布置算法也可用於求解類似的簇內中繼節點布置問題。(i) 假設感測器節點可以自動調整其無線傳送功率，提出了一種基於最速下降法的中繼節點布置算法，使得感測器節點傳送數據所消耗的總功耗最小。在該算法中，先選擇基站的一個初始位置，然後沿著負梯度方向，通過不斷疊代求出總功耗的極小值點。實驗結果表明，該算法可以得到使得感測器節點總功耗最小的中繼節點位置。(ii) 假設感測器節點可以自動調整其無線傳送功率，提出了一種基於貪婪搜尋的中繼節點布置算法，最大化了所有感測器節點的最短生存時間。首先證明了對於一個三維無線感測器網路，中繼節點的最優位置最多只取決於所有感測器節點中的某四個節點，然後通過貪婪搜尋得到這四個節點。相比現有算法，該算法可以適用於三維空間。(iii) 假設感測器節點具有固定的無線傳送功率和通信範圍，提出了一種基於平面分割的中繼節點布置算法，使得感測器節點用於傳輸數據的總功耗最小。通過所有感測器節點的通信圓來分割二維平面，可以得到有限多個具有不同總功耗的中繼節點位置，從而將中繼節點位置在二維平面的無限搜尋空間縮小為有限多個搜尋空間。實驗結果表明，該算法可以得到使得感測器節點總功耗最小的中繼節點位置。 (2) 研究了單層網路中滿足連通性的中繼節點布置問題，提出了一種基於合併連通片的近似算法，以最小化使得網路連通所需的中繼節點數目。在該算法疊代求解過程的每步中，先基於Voronoi圖求出各個連通片的外圍節點，然後嘗試布置最小數目的中繼節點，以連線其中兩個連通片或三個連通片中的外圍節點，形成新的連通片，重複該疊代過程直至所有節點連通。實驗結果表明該算法得到的平均中繼節點數目約為現有算法的90%。 通過本項目的研究，推動了無線感測器網路中繼節點布置問題的研究，促進了項目組團隊的成長，已發表和錄用了5篇相關論文，其中3篇被SCI收錄，5篇被EI收錄，此外還有4篇論文已投稿，已培養了1名碩士研究生畢業，現有5名在讀碩士研究生正在研究此方向。
