第1章绪论

已有的研究表明，传感器节点在数据传输过程中消耗的能量远远大于在感知和处理数据过程中消耗的能量总和传输一个单位的数据所需能量近似于处理相同单位数据所需能量的千倍。同时，由于使用多跳的方式将数据从源节点传递到基站需要多个中间节点的中继过程，距离基站较近的节点需要转发来自其他节点的信息，能量消耗更大，导致其过早死亡同时产生了负载不均衡问题，大大降低了网络生存时间。但是，当在网络中引入移动节点后，传感器网络中在节约能量、延长网络生存周期、增加覆盖范围等方面都带来性能的提升具体表现在以下几个方面：利用传感器节点的运动可以弥补由于传感器数量不足而带来覆盖面积减小的缺点。研究表明，当考虑节点的移动性时，如果每个节点可以将数据包分发给尽可能多的不同用户，只要其中有一个携带该数据的节点接近了目标节点，就将其缓存的数据包转发给目标节点。在这种机制下，因为有很多转发节点，数据被目标节点接收的可能性是非常大的。这种策略就有效地利用了多用户分集方法。因为数据包被分发给很多中间节点，而这些中间节点具有独立的时变信道，增加了网络容量。

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第2章延迟容忍无线传感器网络节点移动相关研究

2.1具有移动节点的延迟容忍无线传感器网络

这种两层结构在很多场景中得到应用，比如军事方面，以士兵作为移动节点以便收集远端的战场态势，监测和收集敌方坦克和士兵的情报；在城市交通方面，高速公路两边布置了大量传感器节点，这些静态节点组成的稀疏网络中，可以使用巡逻的警车作为移动节点，获取和收集路两边传感器节点数据，监控图片等信息。在森林或战区环境的传感网络中，以飞机或等空中设备作为移动节点收集覆盖在整个监测区域中的传感器数据，或者使用智能机器人如机器人车、四轴飞行器等）作为移动节点，通过这些节点的运动采集动态数据。

2.2移动方案研究

针对不同的网络场景和网络结构，其节点的移动方案和数据收集过程各异。但是，就对移动节点的控制方面来说，这三个是统一的。即采用什么样的控制输入，使得移动节点达到应用目标，通信延迟，性能等。移动性是网络中的核心，移动控制对网络性能影响很大。本文的研究只关注移动控制而忽略具体的网络结构和移动方案，所以本文将以上三种移动节点，可能的移动节点。对移动节点的控制，包括从时间和空间两方面：时间上，通过改变运行速度减小往返一圈的时间，按照相同路径重复遍历，并且能够动态识别拥塞区域和信号弱的区域，在这些区域减慢速度稍作停留；空间上，控制问题被抽象成调度问题，对多个节点在多个时刻空间上的分布情况进行设置，该问题被证明是完全问题。从运动学和通信角度出发，移动控制问题可以进一步分为路径问题、速度问题和通信调度问题。

第3章本文研究框架...........17

3.1延迟容忍无线传感器网络建模......17

3.2移动节点路径规划问题...............19

3.3移动节点运动规划问题...................20

第4章基于凸壳的移动节点路径规划方法................23

4.1凸壳相关工作....................23

4.2问题定义.............24

4.3算法描述..................26

第5章最小化延迟的移动节点运动方法...................37

5.1应用分析...............37

5.2问题定义............38

5.3算法描述..............................40

第6章结合的移动控制方法

6.1相关工作

由于基于图搜索的方法是对整个空间进行分解并进行完整搜素，搜索复杂度较高。继而提出了基于随机采样的运行规划方法，该类方法仅对采样的部分空间构建搜索树，虽然降低了解的最优性，但是减小了搜索空间，提高了搜索效率。使用定期更新的概率模型或启发式的代价估计进行采样，然后使用分枝定界和障碍检测对采样数据进行判断，对于符合条件的数据根据其采样的先后顺序产生稀疏路图。这种基于采样的规划器构造出的稀疏路图包括快速探索随机树简称和随机概率路图简称两种，并且均被证明是概率完备并且计算有效的。比如，双向搜索树能够在充分利用机器人性能的同时，成功地用于解决高维度、多障碍物，狭窄通道等复杂的运动规划问题。在搜索算法方面，试图使用贪心的启发算法将两棵搜索树连接起来；另外，一些渐近最优算法比如的一种能够在常数倍时间内提供渐近最优解。双向搜索树的渐近形式对于解决高维度复杂运动规划问题同样有效。使用该类方法解决运动规划问题，能够较快收敛并得到较好的渐近解。

6.2问题定义

该部分的研究在结合的移动控制的同时，对可行工作区间不同位置的通信质量取值。设定错误率有一个限值我们规定如果经过小于的地点，则称在此地点的通信是可靠的，如果经过的通信区域的大于该，则称此次通信是不可靠的。在与每一个节点的通信过程中，需要保证经过的区域中至少有一个通信质量估值是小于，这样数据通信才是可靠的。所以，结合保证可靠通信的移动控制问题。

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第7章总结与展望

本文主要研究了在延迟容忍无线传感器网络中移动节点的控制问题。首先对该问题的研究背景进行了介绍，分析了具有移动节点的延迟容忍无线传感器网络的网络结构和节点移动方案。针对对数据收集有核心影响的移动节点控制问题，本文建立了统一的数学模型，并按照从简单到复杂的研究思路，将移动控制问题划分为移动路径问题，路径与速度结合的运动规划问题，及保证通信可靠的移动控制问题。本文主要工作可以总结如下：对于保证可靠通信的移动控制问题，该问题是综合了运动学、动力学和可靠通信约束的运动规划问题。本文计算并离散化移动节点的运动空间，提出了基于图搜索的算法；以通信质量为采样标准，提出了离散化与采样结合的算法。实验结果表明，基于图搜索的算法得到的路径运行时间更短，离散化与釆样结合的算法路径上的通信质量更优。本文以减小数据收集延迟为目标提出了一系列方法解决移动控制问题，这些方法在效率和性能方面优于其他方法，并且能够应用于多种场景。但是，由于时间、实验条件及本人科研能力限制，本文仍存在一些不足，比如仅对单一移动节点的控制进行了研究，优化控制的目标为移动节点运行的时间最短等。未来的工作可以考虑多个节点的移动控制，多跳与移动控制结合，移动节点避障等问题。同时，具有移动节点的延迟容忍网络的应用也是一种可行的研究方向，从实际应用的角度对成本、性能、目标等进行分析，抽象出问题本质并得到更加实用的方法。

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参考文献（略）