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"21世纪海上丝绸之路"及"十三五建设海洋强国战略"的提出,对海上通信网络全方位覆盖、海上信息监测等提出更高要求。其中海上传感网监测技术为海洋运输业、油气勘探、海洋环境监测提供了有力的技术支撑和保障,具有成本低、部署灵活、受环境影响小的特点,特别是对海上重点区域监测具有巨大优势。本文以海上重点区域监测为目标,针对海上环境复杂恶劣的问题,研究具有高可靠性的海上传感网络的部署与拓扑优化问题,主要工作分为以下几个方面:首先,本文深入研究了传统传感器网络在海上监测中拓扑结构的特点和不足,针对海上部署环境恶劣、传感网络能量消耗不均衡的问题,改进了传统传感器网络的架构模型,引入了海上汇聚节点、簇传感器节点,建立了单链路分级传感网(SPMM)的架构模型。在此基础上,考虑到提高信息传输的可靠性、网络寿命等问题,建立了基于能量收集型传感器的双链路分级传感器网络(DPMM)架构模型。其次,综合考虑影响海上传感网部署以及网络拓扑的因素,包括网络的连通性、容量、能耗、网络建设成本等,以最小化网络建设成本为目标,同时保证网络性能,分别基于SPMM、DPMM两种网络架构建立数学规划模型。在一系列小规模场景中,调用线性求解器Gurobi进行求解,验证数学模型的正确性。同时增大场景的规模,测试数学规划模型的可扩展性。此外,根据Gurobi的求解结果,对比分析了两种网络架构的可靠性。结果显示DPMM的网络架构模型具有更高的可靠性。最后,针对Gurobi在求解大规模网络部署场景中存在的"维数灾难"问题,我们原创性地提出了基于SPMM、DPMM两种架构的快速启发式算法(SPFBS,DPFBS),通过实例说明了算法的核心思想和实现过程,并开展了一系列中大规模部署场景仿真实验,验证了该算法的有效性、扩展性、高效性。最后,探讨了 SPMM与DPMM两种架构的可靠性,将算法与Gurobi的求解结果进行对比,结论进一步表明了 DPMM网络架构应用于海上无线传感网络的部署能够提供更高的可靠性。