【摘要】：隨著水下傳感器、水下通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Underwater Wireless Sensor Networks,UWSNs)正處于從理論研究、實(shí)驗(yàn)室仿真逐步走向海上實(shí)驗(yàn)、實(shí)際應(yīng)用的階段,密集UWSNs要求對(duì)所在的水下區(qū)域?qū)嵤┤采w的探測(cè)監(jiān)視,是進(jìn)行海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、水下目標(biāo)探測(cè)監(jiān)視、水下求援目標(biāo)搜索等的有效手段。密集UWSNs由漂浮或潛浮傳感器節(jié)點(diǎn)、可自移動(dòng)(UUV、AUV)節(jié)點(diǎn)和主節(jié)點(diǎn)(船舶)自動(dòng)組織成為有機(jī)網(wǎng)絡(luò),對(duì)探測(cè)監(jiān)視的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)收集與處理,在此基礎(chǔ)上,通過分析計(jì)算UWSNs的整體性能和任務(wù)完成效果,對(duì)密集UWSNs進(jìn)行優(yōu)化。因此,密集UWSNs的部署組網(wǎng)、數(shù)據(jù)存取、整體性能分析和應(yīng)用效果評(píng)估是需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。課題針對(duì)三維立體空間進(jìn)行全覆蓋探測(cè)監(jiān)視的要求,根據(jù)低帶寬、高時(shí)延和誤碼率高等特征的水聲通信,開展密集UWSNs的部署組網(wǎng)、數(shù)據(jù)存取、整體性能分析和應(yīng)用效果評(píng)估研究,主要內(nèi)容如下:(1)面向水下三維空間全覆蓋探測(cè)監(jiān)視的需求,提出了一種密集立體傳感器節(jié)點(diǎn)交叉部署與網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方法。首先,傳感器節(jié)點(diǎn)采用交叉疊加結(jié)構(gòu)進(jìn)行立體部署,并建立了節(jié)點(diǎn)交叉疊加結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和節(jié)點(diǎn)正向疊加結(jié)構(gòu)計(jì)算模型,提出采用傳感器節(jié)點(diǎn)覆蓋利用率來衡量傳感器節(jié)點(diǎn)部署的效率;其次,通過改進(jìn)體心立方格結(jié)構(gòu),建立了水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)部署過程模型,構(gòu)建了水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu);然后建立基于K-連通-K-支配集(K-Connected K-Dominating Set,K-CDS)的密集型UWSNs組網(wǎng)算法。該方法能夠有效節(jié)省傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。(2)針對(duì)實(shí)時(shí)處理水下探測(cè)監(jiān)視數(shù)據(jù)的要求,提出了基于導(dǎo)引圖的密集型UWSNs數(shù)據(jù)存取機(jī)制DAGM。DAGM根據(jù)全網(wǎng)平均查詢路徑最短建立存儲(chǔ)元數(shù)據(jù)的中心環(huán)結(jié)構(gòu),元數(shù)據(jù)描述了數(shù)據(jù)內(nèi)容摘要和數(shù)據(jù)位置摘要。將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分不同區(qū)域,傳感器節(jié)點(diǎn)感知生成數(shù)據(jù)后,基于地理位置散列(GHT)確定傳感器所在區(qū)域的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn),通過多跳通信將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆摴?jié)點(diǎn)存儲(chǔ)后生成元數(shù)據(jù),然后元數(shù)據(jù)被發(fā)送到離存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)最近的中心環(huán)節(jié)點(diǎn),并在中心環(huán)進(jìn)行擴(kuò)散與同步,這樣在每個(gè)中心環(huán)節(jié)點(diǎn)都存儲(chǔ)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的元數(shù)據(jù),形成網(wǎng)絡(luò)全局的數(shù)據(jù)導(dǎo)引地圖。在主節(jié)點(diǎn)查詢數(shù)據(jù)過程中,選擇距離自己最近的中心環(huán)節(jié)點(diǎn)處理數(shù)據(jù)查詢請(qǐng)求,并根據(jù)數(shù)據(jù)導(dǎo)引地圖生成數(shù)據(jù)傳輸路由,查詢者根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸路由與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)完成實(shí)際數(shù)據(jù)的傳輸,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速獲取和處理。(3)為了能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)整體性能進(jìn)行分析并使得網(wǎng)絡(luò)具有一定的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性,提出了密集UWSNs整體性能四測(cè)度計(jì)算模型SQPCM和面向整體性能動(dòng)態(tài)優(yōu)化的組網(wǎng)參數(shù)調(diào)整方法NPAM。根據(jù)任務(wù)需求,將完成海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、水下目標(biāo)探測(cè)監(jiān)視任務(wù)的整體性能劃分分為覆蓋性、連通性、耐久性和快速反應(yīng)性四個(gè)方面,并將影響UWSNs整體性能的參數(shù)劃分分為三大類:約束參數(shù)、設(shè)備參數(shù)和組網(wǎng)參數(shù),分析了這些參數(shù)與整體性能之間的關(guān)系,重點(diǎn)提出了覆蓋性、連通性、耐久性和快速反應(yīng)性的度量計(jì)算模型。通過多目標(biāo)優(yōu)化策略對(duì)組網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,使得UWSNs的整體性能夠具有一定的自適應(yīng)性,形成面向整體性能動(dòng)態(tài)優(yōu)化的組網(wǎng)參數(shù)調(diào)整方法,這樣網(wǎng)絡(luò)在不同任務(wù)要求和環(huán)境下具有最大性能,或者在達(dá)到任務(wù)要求的情況下付出最小的代價(jià)。(4)針對(duì)水下空間全覆蓋的傳感器節(jié)點(diǎn)密集型網(wǎng)絡(luò),提出了UWSNs面向運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率模型和多節(jié)點(diǎn)信息融合的目標(biāo)定位方法。密集UWSNs一個(gè)重要作用是盡可能發(fā)型進(jìn)入探測(cè)監(jiān)視區(qū)域的運(yùn)動(dòng)目標(biāo),目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率和定位效果是衡量UWSNs使用效果重要的指標(biāo)。將復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率簡(jiǎn)化為兩層傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率計(jì)算,再轉(zhuǎn)化為四個(gè)相互交叉覆蓋的傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率計(jì)算。在此過程中,將該探測(cè)監(jiān)視區(qū)域按照目標(biāo)進(jìn)入點(diǎn)的不同,將網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域細(xì)分成35個(gè)更小的區(qū)域,建立這些小區(qū)域的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率模型,聯(lián)合這些小區(qū)域的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率,建立了UWSNs面向運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率模型。然后,根據(jù)UWSNs可以通過多個(gè)節(jié)點(diǎn)協(xié)同對(duì)目標(biāo)進(jìn)行快速定位,提出非線性加權(quán)最小二乘的多節(jié)點(diǎn)信息融合的目標(biāo)定位方法。最后,總結(jié)全文的主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn),并提出下一步要研究的重點(diǎn)內(nèi)容。
【圖文】：

圖 1.2 DADS 概念圖Fig.1.2 The conception of DADS水下部分由探測(cè)節(jié)點(diǎn)、主節(jié)點(diǎn)等組成。DADS的探測(cè)監(jiān)視部分由一系構(gòu)成。主節(jié)點(diǎn)可以對(duì)傳感器的探測(cè)監(jiān)視信息進(jìn)行融合，并且具備

PLUSNet示意圖
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;Three-Dimensional Ocean Sensor Networks:A Survey[J];Journal of Ocean University of China;2012年04期

2 鄭嬋;孫世新;黃天云;;Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中連通支配集的分布式構(gòu)造(英文)[J];軟件學(xué)報(bào);2011年05期

3 郭忠文;羅漢江;洪鋒;楊猛;倪明選;;水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2010年03期

4 付雄;王汝傳;鄧松;;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中一種能量有效的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法[J];計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展;2009年12期

5 謝磊;陳力軍;陳道蓄;謝立;;基于環(huán)結(jié)構(gòu)的傳感器網(wǎng)絡(luò)多分辨率數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制[J];軟件學(xué)報(bào);2009年12期

6 徐俊艷;邱立軍;楊日杰;;基于蒙特卡羅方法的水下目標(biāo)搜索技術(shù)[J];火力與指揮控制;2009年11期

7 蔚趙春;周水庚;關(guān)佶紅;;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問研究進(jìn)展[J];電子學(xué)報(bào);2008年10期

8 劉華峰;陳果娃;金士堯;;三維水下監(jiān)視傳感器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渖伤惴╗J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2008年02期

9 劉麗萍;王智;孫優(yōu)賢;;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署及其覆蓋問題研究[J];電子與信息學(xué)報(bào);2006年09期

10 藺智挺,屈玉貴,翟羽佳,趙保華;一種高效覆蓋的節(jié)點(diǎn)放置算法[J];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào);2005年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 余峗;淺海低頻聲場(chǎng)干涉結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 柴鵬;主動(dòng)聲納水下探測(cè)實(shí)時(shí)并行仿真系統(tǒng)[D];哈爾濱工程大學(xué);2016年

，

本文編號(hào)：2653848