有向传感器网络节点部署与覆盖控制研究

摘要

覆盖问题作为传感器网络的一个基本问题，研究的是如何优化节点的部署，使得网络提供的感知服务最优。合理的节点部署不仅能够保证网络的覆盖连通，还可以延长网络提供感知服务的时间。
　　本文深入研究了有向传感器网络(Diectional Sensor Networks,DSN)的多sink节点部署问题和覆盖增强问题。主要研究工作有：
　　①针对随机部署DSN的多sink节点部署问题，提出了基于聚类划分的多sink节点部署算法(Clustering DivisionMultipleSink Deployment Algorithm,CDMSDA)。算法通过贪心递归的思想，找出需要部署的sink节点数K，使得除孤立节点外的所有普通节点到 sink的通信距离都在一跳内。然后以此为依据将目标区域内的节点划分为K个聚类。考虑到目标区域内的孤立节点会带来不必要的sink节点部署成本，算法在聚类过程引入合并机制。通过多次循环聚类，最终找到使得普通节点到sink平均距离最短的sink节点个数及最优部署位置。仿真实验表明，CDMSDA算法在部署的sink节点数及sink节点的位置上优于RDF算法，且能够保证普通节点到sink节点的平均通信距离都在一跳之内，从而延长网络的使用寿命。
　　②针对随机部署DSN的区域覆盖增强问题，提出了虚拟力导向粒子群有向传感网络覆盖增强算法(Virtual Force-directed Particle Swarm Coverage-enhancing algorithm for Directional Sensor Networks,VFPSC-DSN)。算法以目标区域的有效覆盖率为指标，通过节点质心的受力，引导粒子群算法的进化，从而使得粒子群快速的收敛到全局最优解上。最后，通过一次性的将节点的主感知方向调至最佳感知方向上，实现目标区域的覆盖增强。仿真实验表明，VFPSC-DSN算法能够很好的解决静态同构DSN的覆盖增强问题。与VF算法和SPSO算法相比，VFPSC-DSN算法在区域的覆盖增强及收敛速度上具有优势。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1研究背景

1.2 课题来源

1.3 研究意义

1.4 主要研究内容及论文组织

2 相关研究

2.1 感知模型

2.2 节点部署研究

2.3 覆盖控制研究

2.4 本章小结

3 基于聚类划分多sink节点部署研究

3.1 引言

3.2 相关研究

3.3 网络模型与问题描述

3.4 基于聚类划分的多sink部署算法

3.5 仿真验证与性能分析

3.6 本章小结

4 虚拟力导向粒子群有向传感网络覆盖增强算法研究

4.1 引言

4.2 相关研究

4.3 假设与问题

4.4 VFPSC-DSN算法

4.5 仿真验证及算法性能分析

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 主要总结

5.2 本文存在的问题及展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目

C. 作者在攻读硕士学位期间获得的荣誉