论文摘要：基于寿命优化的无线传感器网络部署研究

      无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）被广泛应用于环境、工业生产、军事等方面的监测和控制，其寿命优化问题得到广泛关注。研究表明能量耗尽是造成WSN寿命终结的主要原因，而90%的能耗产生在通信过程中，且能耗大小与数据传输距离直接相关。因此，基于寿命优化的WSN部署规划是延长网络寿命的最有效方式之一。WSN往往部署于环境恶劣区域，单次数据传递的成功率往往较低，重传作为一种提高数据传输成功率的重要途径已在WSN传输协议中广泛应用。然而，在以往基于寿命优化的WSN部署研究中，通常不考虑重传，认为传输总是一次成功的，这就造成了对寿命的高估。针对这一问题，本文将重传引入到了基于寿命优化的WSN部署规划中。

      本文首先简要介绍了WSN的特征和研究现状，拓扑结构分类，以及不同拓扑结构的无线传感器网络的主要部署方式。然后，分析了WSN的寿命影响因素，给出了寿命定义，并在基本能耗模型和重传协议的基础上，建立了单跳数据传递次数期望模型、考虑重传的能耗模型和单跳数据成功传递率计算模型。其次，分别针对一维单层、二维单层和二维双层WSN，分析了网络感测数据的传递路径，细化了每个数据收集周期内传感器的能耗模型；同时考虑连通覆盖性和数据成功传递率约束，分别针对均匀和非均匀部署情况建立了寿命优化模型。本文提出的优化模型主要解决了以下两类问题：（1）如何优化均匀部署情况下的WSN节点数目；（2）如何优化非均匀部署情况下的WSN中节点布局以及每个位置上的节点数量。广义简约梯度算法和遗传算法均被用来求解优化模型。论文通过案例证明了在基于寿命优化的WSN部署规划中考虑重传的必要性，同时验证了非均匀部署方式优于均匀部署方式，监控范围越大效果越明显。最后，还通过仿真验证了本文提出的优化部署方案远优于随机部署方案。

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