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水下无线传感器网络中基于自主水下航行器的拓扑优化技术研究
| 论文题名： | 水下无线传感器网络中基于自主水下航行器的拓扑优化技术研究 |
| 关键词： | 水下无线传感器网络;自主水下航行器;拓扑优化;覆盖优化算法;连通优化算法 |
| 摘要： | 当今信息技术蓬勃发展，越来越多的数据被收集、汇聚、分析和利用，感知和互联成为了现代信息化的重要主题。随着信息化技术的高速进步，无线传感器网络正得到越来越广泛的应用。作为无线传感器网络的外延形式和拓展应用，水下无线传感器网络（Underwater Wireless Sensor Networks, UWSNs）在海洋勘探、水文监测、远洋开发等领域具有重要的应用价值。 拓扑优化是水下无线传感器网络研究的重要课题，它主要分为覆盖优化可连通优化两方面。搭载水下无线传感器模块的AUV（autonomous underwater vehicle，自主水下航行器）的存储、处理能力强，能够自主移动，相比传统静态 UWSNs节点具有无可比拟的优势。本文提出了两种基于 AUV移动的拓扑优化算法，分别实现了对水下无线传感器网络的覆盖优化和连通优化。 本文提出的基于 AUV移动的覆盖优化算法中，首先将要覆盖的区域网格化，然后以适当的策略遍历各个小格，从而实现盲区的覆盖修复。该算法克服了水下环境复杂未知、覆盖场景多样化而难以可靠覆盖的问题，同时使得AUV路径移动消耗最小化。文中还对3D场景和多AUVs协同等情况进行了分析和探讨。仿真实验表明该算法在覆盖盲区规则、不规则或不连续等场景下均有较好的表现。 另外，本文还提出了一种基于 AUV移动的水下无线传感器网络连通优化算法。首先，水下无线传感器网络节点根据之前的能耗情况，估算出自己因能量耗尽而失效的大致时间，在能量即将耗尽时，通过水下无线传感器网络网络向 AUV发送信息报告附近的拓扑状态，若认定该区域需要新节点补充，则将有 AUV移动至失效节点附近位置，优化网络的拓扑结构和连通性，平衡网络整体能耗。该算法具有分布式、复杂度低、数据量小等特点。仿真实验表明，算法能够帮助水下无线传感器网络修复拓扑脆弱区域、提高网络连通性、延长网络生命期。 |
| 作者： | 张宁申 |
| 专业： | 计算机应用技术 |
| 导师： | 刘林峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京邮电大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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