無線傳感器網絡覆蓋控制優(yōu)化算法研究.pdf

1、無線傳感器網絡是一種集信息感知、采集、處理和傳輸為一體的網絡系統(tǒng)，它將邏輯上的信息世界和客觀上的物理世界聯系在一起，正深刻地改變著人與自然的交互方式，因而被廣泛地應用于軍事、工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療和搶險救災等領域。覆蓋控制是無線傳感器網絡所提供服務質量的基本問題之一，其目的是利用部署的傳感器節(jié)點來感知目標區(qū)域或目標對象，并達到所獲取信息的有效性和完整性。覆蓋控制決定了傳感器網絡對物理世界的感知能力，是推動傳感器網絡從理論走向應用的必經之路。<

2、br>　　本文研究的目的是針對以隨機方式部署的無線傳感器網絡設計具有節(jié)能特征的網絡覆蓋優(yōu)化算法和協(xié)議。主要是從覆蓋率控制模型、多屬性目標覆蓋、網絡多重覆蓋以及移動目標的動態(tài)覆蓋等方面展開研究，遵循提高網絡的能量利用效率的設計準則，以達到實現一個能量高效的網絡覆蓋控制優(yōu)化方案目的。
　　本文的主要工作包括以下四個方面:
　　(1)針對隨機分布的網絡覆蓋控制問題研究，提出了基于概率的網絡覆蓋控制模型PCCM?？紤]到網絡邊界效應影

3、響，模型首先計算傳感器節(jié)點位于網絡內部及其邊界兩種情況下覆蓋面積的期望值，進而得到節(jié)點總覆蓋面積的期望值;根據用戶對覆蓋率的要求，依據條件概率分布函數計算得到所需要部署節(jié)點的數量。模型反映了網絡覆蓋率與部署節(jié)點數量、節(jié)點感知半徑與監(jiān)測區(qū)域面積之間的函數關系。在此基礎上，依據隨機圖理論推導得到網絡連通性的概率模型。PCCM模型可以指導用戶對網絡覆蓋率及連通率等網絡屬性的控制。
　　(2)針對異構傳感器網絡的多屬性目標覆蓋研究，利用線

4、性規(guī)劃工具將其建模為最優(yōu)值覆蓋集求解問題，提出了一種基于分簇結構的目標覆蓋算法CTCA。其核心思想是依據節(jié)點的剩余能量的多少及感應能力的高低，在每個簇結構內求解局部最優(yōu)覆蓋集，然后在此基礎上得到接近于最優(yōu)解的全局覆蓋集，最后調度節(jié)點相應的感應模塊去覆蓋其感知范圍內同屬性的目標。實驗結果表明所提出的算法能夠有效提高網絡節(jié)點的能量利用效率，延長網絡生存期。
　　(3)針對無線傳感器網絡多重覆蓋算法研究，借助于勒洛三角形的幾何特征提出判

5、斷區(qū)域覆蓋度的定理，并以此為基礎設計了一個基于勒洛三角形的多重覆蓋算法RTC。算法的核心思想是利用節(jié)點局部位置信息，通過在節(jié)點感應圓周上構造勒洛三角形和所提出的覆蓋定理來判斷網絡的覆蓋度，并根據網絡節(jié)點的剩余能量的高低進行節(jié)點狀態(tài)調度。實驗數據分析表明RTC算法在確保網絡覆蓋質量的條件下能夠有效減少網絡中冗余節(jié)點的數量，從而提高網絡能量利用效率。
　　(4)針對移動目標的實時監(jiān)測協(xié)議研究，提出了一個自適應移動目標動態(tài)覆蓋協(xié)議。協(xié)議

6、的主要思想是首先對移動目標周圍的節(jié)點，利用競爭機制構造出一個動態(tài)覆蓋組對目標定位與實時監(jiān)測;然后利用所提出的目標移動位置預測模型及節(jié)點狀態(tài)調度策略來更新該動態(tài)覆蓋組，這樣可以有效提高節(jié)點對目標實時監(jiān)測的時效性和能量利用效率。最后，借助于節(jié)點自適應數據報告頻率自調整機制而實現降低網絡節(jié)點之間通信量的目的。實驗數據分析表明所提出的協(xié)議在網絡能量利用效率、目標定位精度等方面具有很好的性能表現。
　　綜上所述，本文針對無線傳感器網絡的節(jié)點