智能建筑无线传感器网络覆盖问题的建模与优化研究

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伴随着无线通信技术、嵌入式技术、传感器技术等诸多技术的迅速发展,能够进行环境感知、独立计算、无线传输的无线传感器网络(WSN)也得到了快速发展,尤其在智能建筑的应用中,无线传感器网络因其部署方便、维护简单受到了越来越大的关注。网络覆盖问题是无线传感器网络研究的重要方向之一,网络的覆盖情况决定了传感器网络对环境的感知能力,同时与网络的连通问题有着密切联系。在节点感知模型已知的情况下,节点部署的优劣能给网络覆盖带来重大影响,节点的数量也直接关系到无线传感器网络的成本和性能。本文的主要研究对象就是智能建筑无线传感器网络的覆盖问题、连通问题、节点部署等问题。针对以上问题本文主要做了以下工作:1)分析了无线传感器网络节点感知模型,确定了无线传感器网络覆盖与连通的关系;2)对传感器节点硬件设备进行了搭建和测试,为构建相应的模型提供技术数据;3)以完全覆盖和传感器节点数目最少为目标建立线性规划模型,并使用LINGO进行模型求解,得到网络拓扑结构;4)以确定主节点为目标、最短路径为条件提出动态规划基本方程式,建立数学模型,通过LINGO求解模型,得到主节点的最优部署;5)将系统模型由平面分析扩展到三维立体情形,以对五层建筑的分析为例,阐述算法的二维、三维通用性。通过动态规划寻找建立层间连接的最优方式,并给出结论;6)使用NS2网络模拟器进行仿真,得到网络的运行情况,并对结果进行分析。同时模拟其它类型覆盖和主节点随机选取的网络运行状况,与本文提出的计算结果进行比较,验证算法的有效性。
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