三维无线传感器网络的几何路由算法研究

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伴随着无线传感器网络技术的兴起和发展,传感器的应用场景也在不断的延伸,从最初的军事侦查,消防检测等走向了近来的对海洋和空间的感知,即从二维平面走向了三维空间。在三维空间中,传感器一个重要的特征即是自己所处空间中的位置。那么,在传感器数据感知和处理中考虑位置和地理信息也将使得原本这一抽象和理想化的领域开始涉及较多的空间特征,使得研究更具实际意义。本文主要研究了在三维空间中传感器网络的几何路由问题,也就是传感器仅基于空间位置信息来进行信息传导的问题。该问题是高维空间中传感器网络实现多种实际功能的基础,例如数据向汇点的收集,特定节点之间信号的通信等。  本文首先介绍了传感器网络中几何路由问题的基本内容和研究现状,然后总结了前人在平面空间中相关领域的现有成就和从二维走向三维中对几何路由问题的前沿探索。以已有成果为基础,文章详细研究了以下两方面的问题:  一类是在具有特定结构特征如三维德罗内三角剖分的连通网络情况下寻找一种具有无记忆的保障性路由传输方法。在这一问题中,信息的转发可以不依靠除起点终点和(一)邻域以外的额外位置信息。本文研究的方法是递进地提出了三个不存在传输死点的相关算法,并通过这三个算法的比较得出了满足问题要求的方法3DIAIRⅢ,此算法仅需要(O)(1)跳范围内的邻居信息,同时为单状态的路由算法。然后在文中通过证明三维空间中不存在多点(三点或三点以上)平面传输环这一特征,并根据空间传输环中节点投影的一些特征最终证明了路由算法3DIAIRⅢ可以保障确定性传输。  另一问题是在随机连通网络结构中来寻找一种具有无记忆的保障性路由传输方法,此问题是上一问题更为一般的情况。文中设计了基于空间网格特征的单跳邻居节点访问方法,并实现了一种具有网络节点上无路由冗余信息的几何路由算法。由于原问题所假设理想方法并不存在,作者通过修改所转发信息的结构来证明该算法的正确性:借用解决迷宫问题的经典算法Trémaux'sAlgorithm,判断出本文所提方法的有序访问特性,最终证明了此算法的确定传输性。  随后,本文对于这两部分的算法均给出了模拟实验,并通过与以往研究成果的多个特征的比较,包括传输成功比率,路径长度,运行消耗时问,得出了与论证结果一致的结论。最后,本文对于所完成的工作进行了总结,说明了本文在这一研究中取得的成果和意义,并阐述了此研究的相关后续工作。
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