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《無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問(wèn)題》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。
1、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)問(wèn)題摘要本文針對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)展開(kāi)討論，主要研究在監(jiān)視區(qū)域內(nèi)放置節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)與成功覆蓋概率的關(guān)系、節(jié)點(diǎn)的通信模型設(shè)計(jì)問(wèn)題。對(duì)于問(wèn)題1，首先考慮將節(jié)點(diǎn)分為兩大類(lèi)，一類(lèi)節(jié)點(diǎn)一定完全落在監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，另一類(lèi)節(jié)點(diǎn)只能部分落在監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，通過(guò)這兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)的發(fā)生概率以及這兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)覆蓋面積的期望值，可以求得所有節(jié)點(diǎn)覆蓋面積的期望值。運(yùn)用概率論的知識(shí)綜合兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)的期望，求解出至少要放置88個(gè)節(jié)點(diǎn)，才能使成功覆蓋整個(gè)區(qū)域的概率在95%以上。同時(shí)通過(guò)隨機(jī)模擬仿真實(shí)驗(yàn)，我們得出了成功覆蓋概率與節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的關(guān)系圖，可以清晰的看出成功
2、覆蓋概率隨著節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的變化趨勢(shì)。對(duì)于問(wèn)題2，首先根據(jù)題目要求描點(diǎn)連線，將不可以通行的路徑去掉，得到節(jié)點(diǎn)通信路徑圖，通過(guò)該圖我們可以找出任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的通信通路，例如節(jié)點(diǎn)31到節(jié)點(diǎn)74的通信通路為：，但顯然其路徑不唯一，我們?cè)诠?jié)點(diǎn)通信路徑圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，找出兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最短路徑，在解決這個(gè)問(wèn)題上我們分為兩步優(yōu)化：第一步：運(yùn)用算法求出固定起點(diǎn)到任意點(diǎn)的最短路徑；第二步：運(yùn)用算法求出任意兩節(jié)點(diǎn)間的最短通信通路，例如節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)90的最短通信通路為：6090。對(duì)于問(wèn)題3，從節(jié)能角度出發(fā)，在問(wèn)題2通信模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步
3、考慮無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間通信半徑與能量消耗的關(guān)系。本文認(rèn)為通信半徑越長(zhǎng)，能量消耗越多。因此，問(wèn)題3的目標(biāo)變?yōu)榱耸瓜噜徆?jié)點(diǎn)間路徑最短，根據(jù)這個(gè)目標(biāo)我們可以引用最小生成樹(shù)的思想得到一個(gè)最小生成樹(shù)路徑圖，得到從節(jié)能角度考慮設(shè)計(jì)的任意兩節(jié)點(diǎn)間的通信路徑，例如節(jié)點(diǎn)76到節(jié)點(diǎn)19的通信通路為：。在問(wèn)題3上的基礎(chǔ)上我們提出了相應(yīng)的改進(jìn)思想，根據(jù)最小生成樹(shù)路徑圖，我們發(fā)現(xiàn)有些節(jié)點(diǎn)處于其他若干個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信路徑交匯處，如節(jié)點(diǎn)72、106、107，這類(lèi)節(jié)點(diǎn)存在過(guò)載使用。為避免這種情況，最大最小通信使得節(jié)點(diǎn)的剩余電量盡可能多，即最大化節(jié)點(diǎn)的最
4、小剩余電量?；谝陨系乃枷胛覀冋J(rèn)為可以定義一個(gè)電源的開(kāi)銷(xiāo)函數(shù)。這樣可以避免交叉節(jié)點(diǎn)的過(guò)載使用，延長(zhǎng)整個(gè)遙測(cè)遙感網(wǎng)的通信壽命。關(guān)鍵詞：成功覆蓋率；通信模型；算法；算法；最小生成樹(shù)19一、問(wèn)題的重述自然災(zāi)害頻頻發(fā)生，給人民的生命財(cái)產(chǎn)造成巨大的損失，因此一些國(guó)家通過(guò)在容易出現(xiàn)自然災(zāi)害的重點(diǎn)地區(qū)放置高科技的監(jiān)視裝置，進(jìn)而建立無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的方式，幫助人們準(zhǔn)確而及時(shí)地掌握險(xiǎn)情的發(fā)展情況，為有效地?fù)屜染葹?zāi)創(chuàng)造有利條件，這對(duì)于減少人民的生命財(cái)產(chǎn)損失具有重大意義。放置在同一監(jiān)視區(qū)域內(nèi)的這種監(jiān)視裝置（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)）可以構(gòu)成一個(gè)無(wú)線傳感
5、網(wǎng)絡(luò)如附錄一圖1。如果監(jiān)視區(qū)域的任意一點(diǎn)都處于放置在該區(qū)域內(nèi)某一節(jié)點(diǎn)的監(jiān)視范圍內(nèi)，則稱(chēng)節(jié)點(diǎn)能覆蓋該監(jiān)視區(qū)域，可見(jiàn)研究能確保有效覆蓋且數(shù)量最少的節(jié)點(diǎn)放置問(wèn)題顯然具有重要意義。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的通信設(shè)計(jì)問(wèn)題也是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的重要問(wèn)題之一，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一定的覆蓋范圍，節(jié)點(diǎn)可以與覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。但是當(dāng)節(jié)點(diǎn)需要與不在其覆蓋范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，需要其它節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)才可以進(jìn)行通信如附錄一圖2。通過(guò)查找相關(guān)資料，建立數(shù)學(xué)模型解決以下問(wèn)題：?jiǎn)栴}一：在一個(gè)監(jiān)視區(qū)域?yàn)檫呴L(zhǎng)b=100(長(zhǎng)度單位)的正方形中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的覆蓋半徑均為r=1
6、0(長(zhǎng)度單位)。確定至少需要放置多少個(gè)節(jié)點(diǎn)，才能使得成功覆蓋整個(gè)區(qū)域的概率在95%以上。問(wèn)題二：在問(wèn)題一所給的條件下，已知在該監(jiān)視區(qū)域內(nèi)放置了120個(gè)節(jié)點(diǎn)，它們位置的橫、縱坐標(biāo)如附錄二表1中120個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)表所示。試設(shè)計(jì)一種節(jié)點(diǎn)間的通信模型，給出任意10組兩節(jié)點(diǎn)之間的通信通路，比如節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)90如何通信等。問(wèn)題三：對(duì)用于監(jiān)視旱情的遙測(cè)遙感網(wǎng)，由于地處邊遠(yuǎn)地區(qū)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都只能以電池為能源，電池用盡節(jié)點(diǎn)即報(bào)廢。實(shí)際情況下，節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍也會(huì)隨著節(jié)點(diǎn)能量發(fā)生變化。針對(duì)附錄二中表1的數(shù)據(jù)，從節(jié)能角度考慮設(shè)計(jì)，改進(jìn)問(wèn)題2中的
7、通信模型。給出任意10組兩節(jié)點(diǎn)之間的通信通路，比如節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)90如何通信等。二、問(wèn)題的分析建立無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，使人們能準(zhǔn)確而及時(shí)地掌握險(xiǎn)情的發(fā)展情況，但到底要設(shè)置多少個(gè)節(jié)點(diǎn)使得成功覆蓋概率較高的問(wèn)題值得我們關(guān)注，同時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)合理有效的節(jié)點(diǎn)通信模型也是整個(gè)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)中的重中之重。對(duì)于問(wèn)題（1），基于給定的監(jiān)視區(qū)域以及覆蓋半徑，要求放置最少的節(jié)點(diǎn)使得成功覆蓋整個(gè)區(qū)域的概率在95%以上。由于給定監(jiān)視區(qū)域存在邊界，故可以將節(jié)點(diǎn)分為兩大類(lèi)，一類(lèi)節(jié)點(diǎn)一定完全落在監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，另一類(lèi)節(jié)點(diǎn)只能部分落在監(jiān)視區(qū)域內(nèi)，這兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)發(fā)生的概率
8、可以由相應(yīng)區(qū)域面積與總監(jiān)視區(qū)域面積之比得出，同時(shí)，可以得到兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)覆蓋面積的期望值，進(jìn)而可以求得隨機(jī)在給定監(jiān)視區(qū)域內(nèi)放置節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)覆蓋面積的期望值?？梢赃\(yùn)用概率論的知識(shí)綜合兩類(lèi)節(jié)點(diǎn)的期望求解覆蓋整個(gè)監(jiān)視區(qū)域的概率，令該概率值大于95%即可求解。當(dāng)然，還可以通過(guò)設(shè)計(jì)隨機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行進(jìn)一步的分析求解最少的節(jié)點(diǎn)數(shù)目。對(duì)于問(wèn)題（2），由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)
