複雜地理環境下感測器網路基於地理位置路由協定研究

《複雜地理環境下感測器網路基於地理位置路由協定研究》是依託電子科技大學,由於富財擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：複雜地理環境下感測器網路基於地理位置路由協定研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：於富財

項目摘要

基於地理位置路由協定具有良好的可擴展性，是目前在感測器網路研究中受到極大關注的前沿問題。本項目針對現有協定難以適應實際複雜三維地理環境的問題，圍繞複雜三維地理環境下節點自身定位、源節點如何獲得目的節點位置、空洞繞行路徑的不確定性等問題開展研究。為應對現有三維定位算法受測量精度和信標節點數量的影響，導致解的唯一性和穩定性受到影響的問題，引入已知的地形信息作為約束，以節點間的位置關係為最最佳化目標，通過求解上述約束最最佳化問題，改善三維定位算法的精度和穩定性；為應對現有目的節點位置發現算法難以套用於三維環境的問題，提出對三維網路空間做剖面，並以該剖面作為約束條件，以開銷最小化為目標，來解決三維環境下目的節點位置發現問題；為應對三維網路空洞繞行路徑的不確定性問題，提出空洞建模方法，以繞行路徑最短化為目標，實現有效的端到端數據傳輸。鑒於現有文獻中尚無相關研究思路，因此本項研究屬創新研究。

結題摘要

本項目研究圍繞三維感測器網路的節點定位問題、路由問題、空洞問題展開研究，針對二位環境下的路由、定位算法難以適應三維環境的問題，以及實際網路多數情況下部署於起伏地表的實際情況展開研究，解決實際起伏地表情況下的感測器節點定位問題及路由問題。在節點定位方面，現有二維定位算法比較成熟，因此節點定位研究方面聚焦在起伏地表環境下的節點定位問題研究方面，提出了基於固定高度移動信標節點以及基於投影路徑規劃移動信標節點的定位算法，取得了較好的定位效果。在目的節點位置信息獲取方面，提出了二維環境中基於中間人的目的節點獲取方法，包括兩種具體的方法，中間人方法能夠很大程度上降低目的節點位置信息獲取的開銷，尤其當目的節點或者源節點頻繁移動的情況下，降低開銷效果較為顯著。三維環境下提出了基於代理和臨時位置伺服器的目的節點位置獲取方法，採用層次化位置存儲結構降低開銷。基於地理位置路由方面，針對起伏地表環境下，由於通信必須沿著部署於起伏地表的感測器節點進行通信，因此源目的節點之間的歐式距離與實際通信路徑存在較大偏差，針對該問題提出了偽三維的地理位置無線感測器網路路由算法，該算法通過提取電子地圖上的離散點，通過圖論中的Dijkstra算法計算兩點間沿著起伏地表的最短距離，該算法能夠得到較為貼合實際的路由。在三維感測器網路邊界節點識別方面，提出了基於面翻轉的三維感測器網路邊界節點識別方法，該方法以兩個相鄰邊界節點連線為軸，以一個平面沿著軸翻轉，碰到第一個到該兩個已知節點距離小於通信半徑的節點為下一個網路邊界節點，以此類推最後實現全部網路邊界節點的識別，該算法是分散式算法且能夠以較小開銷實現網路邊界節點識別。在基於地理位置路由協定所面臨的空洞繞行問題（局部極小問題）上，提出了空洞整形算法，該方法中位於空洞凹形區域的節點能夠通過自組織的方式實現自身標記，標記過得節點不參與通信使得通信流不會進入空洞的凹形區域，從而避免局部極小問題。本項目上述內容和成果，都是從實際套用的角度出發，解決感測器網路在實際複雜套用環境中（野外、洞穴、水下、污染區域等）所面臨的理論問題，通過解決上述問題，降低感測器網路在實際複雜套用環境中通信開銷，提高感測器網路的生存性。