基于尘埃等离子结晶模型的无线传感器网络节点部署方法

This application is concern with the problem of node deployment in wireless sensor networks using dust plasma crystal model. Wireless sensor network is an active topic of research in recent years. In wireless sensor networks, node coverage, connectivity and energy consumption is directly related to the work efficiency of the network, which is closely related to the deployment of sensor nodes. Our research introduce the dust particles crystallization model of plasma physics into the node deployment problem and an efficient distributed node deployment algorithm using molecular dynamics simulation is proposed, with its coverage, the convergence rate and the dependence of the initial distribution as well as energy consumption are analyzed. Our research also combined the proposed dust plasma-based deployment approach with artificial bee colony algorithm to propose an algorithm with higher coverage and fast convergence. Our research result have positive meaning in industry, agriculture, defense, and other fields in everyday life.

本申请研究基于尘埃等离子结晶模型的无线传感器网络节点部署问题。无线传感器网络是近年来研究的热点问题之一。在无线传感器网络中，节点的覆盖、连通以及能耗等问题直接关系着网络的工作效率，而这与传感器节点部署紧密相关。本研究将等离子物理中尘埃粒子结晶模型引入到无线传感器网络节点部署中，利用分子动力学仿真提出一种有效的分布式节点部署算法，并分析其覆盖度、收敛速度、对初始分布的依赖性以及能耗，并将尘埃等离子结晶模型与人工蜂群算法相结合，以给出具有更高覆盖率且收敛更快的算法。本研究的成果将对工业、农业、国防以及民生等领域有着积极的意义。

无线传感器网络是由大量具有传感、数据处理、无线通信和计算能力的低成本、低功耗的微型传感器节点通过自组织方式形成的分布式监测网络。更好的节点部署，可以用尽量少的节点数在保持连通性的情况下提供更高的覆盖率并消耗更少的能量。因此是无线传感器网络研究中需要解决的问题。本研究分析并改进了现有的基于虚拟力的节点部署方法以及基于群智能的节点部署方法，并将等离子物理中尘埃粒子结晶模型引入到无线传感器网络节点部署问题中，利用分子动力学仿真提出一种有效的分布式节点部署算法，并分析其覆盖度、收敛速度、对初始分布的依赖性以及能耗；进一步在所提出的地面二维部署算法的基础上，将尘埃等离子结晶模型与水流模型联合建模，给出了考虑水流扰动的水面节点部署算法。同时，在考虑连续节点部署的基础上将人工蜂群引入到离散点部署的情况中。通过仿真分析可以看出，本研究所提出的方案或改进方案都能够有效地收敛并且对初始分布依赖性较小。本文的研究内容对工业、农业、渔业、国防以及民生等领域有着一定的借鉴意义。