無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點定位與覆蓋控制技術(shù)研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有低成本、容錯性好、快速部署、無需固定網(wǎng)絡(luò)支持、可長期執(zhí)行監(jiān)測任務(wù)等特點，在環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生、軍事以及商業(yè)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。作為一項全新的技術(shù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為科技工作者提出了許多具有挑戰(zhàn)性的研究課題，其中，節(jié)點定位與覆蓋控制問題的研究對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論與支撐技術(shù)以及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用具有十分重要的意義。
　　本文系統(tǒng)的介紹了節(jié)點定位與覆蓋控制技術(shù)的基本原理，深入的研究了節(jié)點定位與覆蓋控制算法。

2、針對基于監(jiān)測應(yīng)用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所亟需解決的節(jié)點定位與覆蓋控制問題，提出了精確、靈活的節(jié)點定位機制，以及集中式與分布式的節(jié)能、高效的覆蓋控制算法。
　　部署于監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點需要靈活高效地進行節(jié)點自定位，從而為監(jiān)測應(yīng)用提供位置信息。由于反射、非視距等因素影響，利用RSSI測距的傳統(tǒng)定位方法誤差較大?？紤]到以上問題，針對基于監(jiān)測應(yīng)用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，提出了一種基于RSSI的圓環(huán)重疊定位機制(ROBRSSI)，利用未知節(jié)點與其二

3、跳內(nèi)距其較近信標(biāo)節(jié)點的協(xié)作關(guān)系進行定位設(shè)計，降低了傳統(tǒng)算法對節(jié)點與信標(biāo)節(jié)點間相對位置的要求，同時，結(jié)合圓環(huán)重疊思想，設(shè)計了誤差轉(zhuǎn)換處理模型、定位求精及定位驗證處理，有效抑制了傳統(tǒng)算法中RSSI測量誤差對定位精度的影響。網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點由于連續(xù)工作或遭受攻擊而失效，需要加入新的節(jié)點并及時獲得新節(jié)點的位置信息。針對該需求，在ROBRSSI定位機制基礎(chǔ)上，提出了靈活性、適應(yīng)性強的新加入節(jié)點定位算法。仿真實驗結(jié)果表明，定位算法較傳統(tǒng)算法獲得的定位

4、更精確、覆蓋率更高。且新加入節(jié)點定位算法定位精確、適應(yīng)性強。
　　針對節(jié)點高密度部署的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，考慮能量問題，提出了一種基于遺傳優(yōu)化的動態(tài)覆蓋控制策略。該策略設(shè)計了密度檢測機制優(yōu)化遺傳算法的初始種群，從而保證種群質(zhì)量。此外，引入禁忌思想，給出兩種禁忌操作，實現(xiàn)了局部有效搜索，并優(yōu)化全局搜索。在此之上，研究了基于能量觸發(fā)的節(jié)點集輪換方法，從而均衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗，進一步延長網(wǎng)絡(luò)生存時間。該策略能夠有效地實現(xiàn)優(yōu)化工作節(jié)點集的選取與輪

5、換，獲得的工作節(jié)點集具有節(jié)點數(shù)目少、覆蓋率高、能耗均衡的優(yōu)點，從而在較高覆蓋質(zhì)量的條件下充分休眠冗余節(jié)點，有效地延長了網(wǎng)絡(luò)生存時間。仿真實驗結(jié)果表明算法能夠在較少迭代次數(shù)獲得較好的性能。
　　由于傳感器節(jié)點能耗的不均衡導(dǎo)致節(jié)點感知半徑的不同，因而影響冗余節(jié)點檢測算法的性能。針對這種復(fù)雜環(huán)境下的應(yīng)用，提出了一種保持網(wǎng)絡(luò)K覆蓋的冗余節(jié)點檢測算法。首先，根據(jù)節(jié)點的冗余分布特性實現(xiàn)有效覆蓋鄰居選取，從而大大降低了節(jié)點執(zhí)行冗余計算的時間。在

6、此之上，考慮邊界效應(yīng)的影響，給出二元感知模型下的冗余節(jié)點檢測準(zhǔn)則。另外，考慮到感知距離的衰減，進一步給出概率感知模型下的冗余節(jié)點檢測準(zhǔn)則，并對以上準(zhǔn)則的合理性進行了理論分析。在復(fù)雜環(huán)境中二元感知模型下，當(dāng)節(jié)點感知半徑相同時，該算法激活的工作節(jié)點數(shù)目少，冗余檢測完整。感知半徑不同時，算法仍能充分、有效地檢測冗余節(jié)點;概率感知模型下算法較網(wǎng)格化方法檢測更簡單、更精確，冗余檢測徹底。仿真實驗結(jié)果表明，與典型算法相比，所提算法運行效率更高，冗余

7、檢測更徹底，適用性更強。
　　在周期性全局冗余節(jié)點調(diào)度算法中，控制信息交換以及節(jié)點喚醒射頻通信模塊開啟監(jiān)聽所消耗的大量能量都是不必要的。同時，當(dāng)工作節(jié)點能量耗盡事件發(fā)生在兩個調(diào)度周期之間時，休眠節(jié)點不能夠被及時喚醒調(diào)整狀態(tài)，覆蓋質(zhì)量受到影響。針對以上問題提出了基于能量觸發(fā)的節(jié)點調(diào)度算法ETCPS。主要包括初始調(diào)度與喚醒后的局部調(diào)度，初始調(diào)度結(jié)束后，能量達到門限值節(jié)點更新觸發(fā)門限并產(chǎn)生觸發(fā)事件，從而及時喚醒事件點相關(guān)節(jié)點進行局部的調(diào)