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E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器放置
E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的面向任務(wù)的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)。它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，通過(guò)衛(wèi)星傳感器對(duì)目標(biāo)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)信息進(jìn)行處理，從而將信息傳遞給遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有感知、計(jì)算和通信能力。E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為未來(lái)科技的高科技產(chǎn)業(yè)之一，已經(jīng)在國(guó)防軍事、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、智能家居等領(lǐng)域初見(jiàn)規(guī)模應(yīng)用，其將對(duì)未來(lái)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步以及人類生活前進(jìn)提供*的動(dòng)力。

E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器放置
大量的E+E無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)分布在需要監(jiān)測(cè)的區(qū)域，監(jiān)測(cè)特定的信息、物理參量等。但是E+E無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)往往分布在惡劣的環(huán)境中，傳感器節(jié)點(diǎn)很容易損壞，且傳感器網(wǎng)絡(luò)是由電池供電的，電池的續(xù)航能力較小。在許多應(yīng)用領(lǐng)域中，常常無(wú)法更換電池或?qū)﹄姵爻潆姡?dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)電能用完，該節(jié)點(diǎn)就失去了作用。因此在對(duì)進(jìn)行E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，能耗問(wèn)題是我們關(guān)注的一大問(wèn)題。通過(guò)向E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中放置功能更加強(qiáng)大的中繼器也成為了減少網(wǎng)絡(luò)能耗延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)使用壽命的的重要策略。無(wú)論國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，各個(gè)國(guó)家政府都投入巨大的人力物力進(jìn)行E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究，并且都紛紛將其上升為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，認(rèn)定其是擺脫經(jīng)濟(jì)頹勢(shì)的重要手段，同時(shí)也是未來(lái)的支柱產(chǎn)業(yè)。目前E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究正在如火如荼的進(jìn)行中，其中主要研究的熱點(diǎn)包括網(wǎng)絡(luò)生命周期研究、網(wǎng)絡(luò)能量利用效率研究、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究等等方向。多域E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為傳統(tǒng)E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究方向的一個(gè)分支，也是傳統(tǒng)E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)發(fā)展方向之一。多域E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是指同時(shí)部署多個(gè)E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在同一個(gè)區(qū)域，但是各個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠相互合作，能夠利用其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)路由和信息傳遞的大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)主要研究工作集中在雙層E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的中繼器放置問(wèn)題的一類特殊問(wèn)題。由于中繼器的成本相對(duì)較高，所以我們希望通過(guò)放置數(shù)目zui少的中繼器以實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)的連通性和覆蓋性。本文所討論的問(wèn)題都是NP問(wèn)題，所以針對(duì)的相應(yīng)的問(wèn)題的設(shè)計(jì)的算法均是近似算法。結(jié)構(gòu)如下：緒論介紹了本文有關(guān)圖論與網(wǎng)絡(luò)的基本知識(shí)、組合優(yōu)化問(wèn)題中的有關(guān)定義、算法的基本內(nèi)容，為后面的章節(jié)做鋪墊。概述了E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中放置問(wèn)題的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀及意義，分別介紹了單層E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型、雙層E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型和混合型E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型。對(duì)于其中的某些文獻(xiàn)，給出了單層、雙層、混合型E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有算法以及算法的性能比。本章對(duì)這些同類型問(wèn)題的不同算法的結(jié)果進(jìn)行了比較，并分析了這些算法的優(yōu)缺點(diǎn)。由于傳感器節(jié)點(diǎn)容易損壞，所以容錯(cuò)性研究在E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究領(lǐng)域至關(guān)重要。首先研究了二維平面中含有基站的雙層E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)放置問(wèn)題。根據(jù)特定的中繼器與傳感器傳輸半徑關(guān)系以及不同的算法分區(qū)因子，針對(duì)k-覆蓋2連通問(wèn)題分別設(shè)計(jì)了性能比為常數(shù)的近似算法，并給出算法的界估計(jì)。在此基礎(chǔ)上，加以推廣，設(shè)計(jì)了k-覆蓋k-連通問(wèn)題的近似算法，并給出算法的性能比分析。研究了三維空間上的E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的中繼器放置問(wèn)題。隨著研究的深入和實(shí)際應(yīng)用的需求，三維E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的需求也逐漸增大。將E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究從二維平面延伸到三維空間中，對(duì)于三維空間中的E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的k-覆蓋2連通問(wèn)題，設(shè)計(jì)算法，給出性能比及分析，緊接著將其容錯(cuò)性研究推廣到k-覆蓋k-連通問(wèn)題，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的算法，給出常數(shù)性能比。對(duì)全本文進(jìn)行歸納與總結(jié)，指出E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中未來(lái)有待解決的問(wèn)題，并對(duì)相關(guān)工作進(jìn)行了展望。在多域E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，既存在著E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中的重點(diǎn)疑難問(wèn)題，例如節(jié)點(diǎn)的能量有限、計(jì)算資源有限、存儲(chǔ)能力不足等問(wèn)題，同時(shí)還包含多域E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身存在的問(wèn)題，如多個(gè)網(wǎng)絡(luò)間的合作問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)之間的信任問(wèn)題等。因此當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)適應(yīng)于多域E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由算法時(shí)，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)考慮上述這些問(wèn)題。研究主要是在多域E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的框架下進(jìn)行的。我們的研究過(guò)程主要?jiǎng)澐譃閮纱竽K：網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建和網(wǎng)絡(luò)路由算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建中，我們基于嚴(yán)格傳輸距離（CTR）拓?fù)淇刂撇呗院蚄鄰居拓?fù)淇刂撇呗?，提出一種改進(jìn)的拓?fù)淇刂撇呗浴＿@種改進(jìn)的拓?fù)洳呗阅軌蚋臃蠈?shí)際的部署過(guò)程，并導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)合理，使得網(wǎng)絡(luò)不易發(fā)生崩潰。然后利用改進(jìn)的拓?fù)淇刂撇呗詷?gòu)建我們的網(wǎng)絡(luò)模型——多域E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型。在多域E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型中，我們?cè)O(shè)立了兩種工作模式：網(wǎng)絡(luò)合作（NC）模式和網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立（NS）模式，用來(lái)進(jìn)行多域E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)和兩個(gè)獨(dú)立的E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對(duì)比。 繼而在網(wǎng)絡(luò)路由算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中，在網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上提出新型的BiPEL算法，這是一個(gè)基于虛擬貨幣激勵(lì)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)路由算法。在BiPEL算法中，在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，我們利用傳感器節(jié)點(diǎn)的位置，傳感器節(jié)點(diǎn)的剩余能量等節(jié)點(diǎn)信息來(lái)制定每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)相應(yīng)的價(jià)格；在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)跨域時(shí)，我們利用各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)價(jià)格來(lái)調(diào)整各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的價(jià)格。

E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中繼器放置
另外，還提出一個(gè)退化的通用簡(jiǎn)單算法：LER算法，作為我們仿真實(shí)驗(yàn)的對(duì)比算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了BiPEL算法能夠延長(zhǎng)多域E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)生命周期，同時(shí)還能起到均衡網(wǎng)絡(luò)能量的作用。BiPEL算法能夠更加適應(yīng)于多域E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)景，同時(shí)也能利用BiPEL算法來(lái)進(jìn)行多域E+E無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)特征研究。