【摘要】：本學(xué)位論文的研究課題來源于國家自然科學(xué)基金"軟件定義傳感網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)重配置若干算法研究"(基金號:61471164)。主要工作是對軟件定義傳感器網(wǎng)絡(luò)(SDSN,Software-DefinedSensorNetworks)的覆蓋優(yōu)化問題進行研究,提出了基于Voronoi圖的覆蓋優(yōu)化算法和基于節(jié)點剩余能量的覆蓋優(yōu)化算法。對于基于Voronoi圖的覆蓋優(yōu)化算法,首先設(shè)計了極小化極大半徑算法(MRA,MinimaxRadiusAlgorithm),在保證目標(biāo)區(qū)域全覆蓋的基礎(chǔ)上,盡可能地縮小節(jié)點的感知半徑。其次設(shè)計了休眠算法(SLA,SLeeping-based Algorithm),在不產(chǎn)生新的覆蓋空洞的前提下,設(shè)置盡可能多的節(jié)點的工作模式為休眠。然后結(jié)合了 MRA與SLA兩者的特點,設(shè)計了極小化極大半徑和休眠算法(MSA,Minimax radius and Sleeping-based Algorithm)和基于休眠和極小化極大半徑算法(SMA,Sleeping-based and Minimax radius Algorithm),采用縮小節(jié)點感知半徑和使節(jié)點休眠的方法盡可能地增加網(wǎng)絡(luò)的工作效率。對于基于節(jié)點剩余能量的覆蓋優(yōu)化算法,根據(jù)Delaunay三角剖分,設(shè)計了一種基于節(jié)點剩余能量的半徑優(yōu)化分配方法,在保證目標(biāo)區(qū)域全覆蓋的前提下,均衡網(wǎng)絡(luò)能量分布。最后,分別運用仿真工具對所提的兩種覆蓋優(yōu)化算法進行了分析,仿真結(jié)果表明兩種算法均能減少網(wǎng)絡(luò)的能量消耗,隨著目標(biāo)區(qū)域內(nèi)節(jié)點數(shù)量的增加,兩種算法減少的網(wǎng)絡(luò)能量消耗比例也增加。本論文共分為五章,主要包含以下內(nèi)容。第一章介紹了課題研究背景以及國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀,闡明研究課題的意義和用途,同時簡要介紹主要研究工作及具體章節(jié)安排。第二章首先介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN,Wireless Sensor Networks)的概念和特點,引出軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN,Software-Defined Networks)的概念并簡要介紹了 SDN體系結(jié)構(gòu)和SDN控制器,闡述了 OpenFlow的工作原理。然后結(jié)合WSN與SDN引出SDSN的概念。最后簡要介紹了 SDN其它相關(guān)應(yīng)用。第三章以SDSN為應(yīng)用場景,根據(jù)幾何里面Voronoi圖的概念設(shè)計了 MRA、SLA、MSA和SMA,在保持目標(biāo)區(qū)域全覆蓋的前提下,盡可能減少網(wǎng)絡(luò)的能量消耗并運用仿真工具驗證了算法的有效性。第四章根據(jù)不同節(jié)點具有不同的剩余能量,將Delaunay三角剖分的概念引入SDSN覆蓋優(yōu)化算法之中,計算節(jié)點的最優(yōu)感知半徑分配方法并通過仿真工具分析該方法的有效性。第五章對學(xué)位論文的主要工作進行了總結(jié),對下一步研究工作進行了展望。
[Abstract]:The research of this dissertation comes from the National Natural Science Foundation of China, "Research on several algorithms for Network reconfiguration of Software Definitions Sensor Networks" (Fund No.: 61471164). The main work of this paper is to study the coverage optimization of software defined sensor networks (SDSN,Software-DefinedSensorNetworks). A coverage optimization algorithm based on Voronoi graph and a coverage optimization algorithm based on residual energy of nodes are proposed. For the coverage optimization algorithm based on Voronoi graph, the minimum maximum radius algorithm (MRA,MinimaxRadiusAlgorithm) is first designed to minimize the perceived radius of nodes on the basis of ensuring the full coverage of the target area. Secondly, we design a sleep algorithm (SLA,SLeeping-based Algorithm), which sets as many nodes as possible to sleep without generating new overlay holes. Then combined with the characteristics of MRA and SLA, The minimum radius and sleep algorithm (MSA,Minimax radius and Sleeping-based Algorithm) and the algorithm based on sleep and minimization maximum radius (SMA,Sleeping-based and Minimax radius Algorithm),) are designed to increase the efficiency of the network as much as possible by reducing the perceived radius of the nodes and enabling the nodes to sleep. For the coverage optimization algorithm based on the residual energy of nodes, according to the Delaunay triangulation, a radius optimal allocation method based on the residual energy of the nodes is designed, which can balance the energy distribution of the network on the premise of ensuring the full coverage of the target area. Finally, the simulation tools are used to analyze the proposed two coverage optimization algorithms. The simulation results show that the two algorithms can reduce the energy consumption of the network, with the increase of the number of nodes in the target area. The ratio of network energy consumption reduced by the two algorithms is also increased. This paper is divided into five chapters, mainly including the following content. The first chapter introduces the background of the research and the development situation at home and abroad, clarifies the significance and use of the research, and briefly introduces the main research work and specific chapter arrangement. The second chapter introduces the concept and characteristics of Wireless Sensor Network (WSN,Wireless Sensor Networks), introduces the concept of Software definition Network (SDN,Software-Defined Networks), briefly introduces the SDN architecture and SDN controller, and expounds the working principle of OpenFlow. Then the concept of SDSN is introduced by combining WSN with SDN. Finally, other related applications of SDN are briefly introduced. In chapter 3, using SDSN as the application scene, according to the concept of Voronoi graph in geometry, we design MRA,SLA,MSA and SMA, to reduce the energy consumption of the network while keeping the full coverage of the target area, and use simulation tools to verify the effectiveness of the algorithm. In chapter 4, according to the different residual energy of different nodes, the concept of Delaunay triangulation is introduced into the SDSN coverage optimization algorithm, and the optimal perceptual radius allocation method of nodes is calculated, and the effectiveness of the method is analyzed by simulation tools. The fifth chapter summarizes the main work of the dissertation and looks forward to the next research work.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.5;TP212.9

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本文編號：2283722