模型約束下的無線傳感網(wǎng)覆蓋優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究中，覆蓋質(zhì)量一直是研究的關(guān)鍵問題之一，由于傳感網(wǎng)部署環(huán)境的不同，每種不同部署環(huán)境和應(yīng)用下的節(jié)點(diǎn)模型都具有鮮明的特性，本文主要針對(duì)不同模型約束下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域覆蓋優(yōu)化技術(shù)進(jìn)行了研究，分別對(duì)平面有向感知模型、立體感知模型、基于概率的平面有向感知模型和三維水下傳感網(wǎng)模型進(jìn)行了相關(guān)的區(qū)域覆蓋優(yōu)化研究，通過建立合適的傳感器覆蓋模型和網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)相關(guān)技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)給出相應(yīng)的解決辦法，改進(jìn)覆蓋優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)待監(jiān)測區(qū)域覆蓋率質(zhì)量

2、的提升，減少網(wǎng)絡(luò)整體能量消耗，改善網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間，并通過仿真和對(duì)比實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證算法的有效性。本文主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　?。?）對(duì)平面覆蓋中節(jié)點(diǎn)覆蓋區(qū)域重疊的判定問題進(jìn)行了研究
　　重新定義了平面有向覆蓋模型，分析并證明了傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)覆蓋區(qū)域重疊判定依據(jù)對(duì)有向傳感器模型是不適用的，提出運(yùn)用跨立實(shí)驗(yàn)原理重新定義有向平面模型下感知區(qū)域重疊的判定標(biāo)準(zhǔn)。將新的判定標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)用至虛擬勢(shì)場算法中，并對(duì)節(jié)點(diǎn)單次感知方向調(diào)整角度的計(jì)算方式進(jìn)行了改進(jìn)

3、，通過仿真實(shí)驗(yàn)證明改進(jìn)后的算法相比于同類算法具有更好的覆蓋優(yōu)化效果和算法收斂性。
　　（2）通過引入覆蓋影響因子對(duì)立體覆蓋優(yōu)化算法進(jìn)行了改進(jìn)
　　指出與平面有向覆蓋模型相同，傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)覆蓋區(qū)域重疊判斷依據(jù)不適用于有向立體覆蓋模型，給出了適用于有向立體覆蓋模型的覆蓋區(qū)域重疊判定依據(jù)，并通過仿真實(shí)驗(yàn)證明采用新的判定條件能夠有效延長網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。其次分析并指出了傳統(tǒng)對(duì)立體傳感網(wǎng)的覆蓋研究中，算法運(yùn)行后期覆蓋率上下波動(dòng)明顯，節(jié)點(diǎn)頻繁

4、調(diào)整狀態(tài)和位置的缺陷，提出利用覆蓋影響因子和中心計(jì)算節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)的方法，通過仿真實(shí)驗(yàn)證明其對(duì)于待監(jiān)測區(qū)域覆蓋率和網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間都有明顯的改善，算法收斂性也有所提高。
　?。?）對(duì)基于概率模型運(yùn)動(dòng)方式可調(diào)的平面?zhèn)鞲芯W(wǎng)覆蓋優(yōu)化進(jìn)行了研究
　　對(duì)基于概率模型的平面有向傳感器進(jìn)行了重新建模，給出了概率模型下的平面有向傳感器節(jié)點(diǎn)質(zhì)心位置的計(jì)算方法；其次，通過仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)只考慮邊界斥力時(shí)，邊界區(qū)域的覆蓋率會(huì)明顯低于網(wǎng)絡(luò)整體覆蓋率，因

5、此提出在待監(jiān)測區(qū)域頂點(diǎn)處加入頂點(diǎn)作用力來減少邊界覆蓋率與整體覆蓋率的差距；隨后分析了傳感器使用單一運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行狀態(tài)調(diào)整的弊端，提出利用優(yōu)化加速度的概念來決策傳感器的運(yùn)動(dòng)方式，使得傳感器可根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況，選擇轉(zhuǎn)動(dòng)感知方向或沿當(dāng)前感知方向進(jìn)行平移。通過仿真實(shí)驗(yàn)證明了經(jīng)過改進(jìn)后的算法在待監(jiān)測區(qū)域覆蓋率和網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間方面都有較大的改善。
　?。?）在考慮邊界效應(yīng)的前提下，對(duì)基于冗余度模型的非同構(gòu)三維水下傳感網(wǎng)的覆蓋優(yōu)化進(jìn)行了研究

6、　　在三維水下傳感網(wǎng)的研究中，節(jié)點(diǎn)感知范圍會(huì)受到環(huán)境和自身硬件因素影響而產(chǎn)生變化，要求節(jié)點(diǎn)完全同構(gòu)是不現(xiàn)實(shí)的，而不考慮邊界效應(yīng)往往會(huì)造成實(shí)際部署的網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果達(dá)不到預(yù)期效果。本文給出了一個(gè)水下傳感器節(jié)點(diǎn)最大感知距離服從正態(tài)分布的節(jié)點(diǎn)模型，其次在考慮了邊界效應(yīng)的前提下，給出了三維水下傳感網(wǎng)覆蓋率期望值與節(jié)點(diǎn)部署數(shù)量關(guān)系的公式?；谧畲蟾兄嚯x服從正態(tài)分布的節(jié)點(diǎn)模型，推導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)冗余度計(jì)算公式，使得節(jié)點(diǎn)可以僅根據(jù)其鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)量來判斷自身是否