Voronoi图在无线传感器网络节点调度中的应用研究

摘要

无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，能够协作地完成实时监测、感知和采集监测对象的信息，并对其进行处理，传送到需要信息的用户。 传感器网络中节点的密度比较大（能达到20个/m3），使得邻居节点间有较高的重叠感知区域。并且邻居传感器节点产生的数据信号有较大的相关性，即对同一个事件有多个节点对此产生相同的数据。而终端使用者并不需要来自所有节点的（冗余）数据，并且当它们与基站通信时将会引起冲突，造成能量的不必要的浪费。 节省能量的一种有效的方法就是动态管理节点的工作状态，即间歇的调度一些节点进入睡眠状态，一些节点处于活动状态提供持续的服务。为了设计这样的机制，必须考虑以下的问题：1.每个节点应该遵循什么准则来决定进入睡眠状态。3.传感器节点维持睡眠状态多长时间。 本文使用覆盖范围的思想，即调度节点后应保证对网络的完全覆盖，提出了基于Voronoi图的冗余节点的检测方法以及节点的调度算法。检测算法首先根据传感器节点的位置将传感器网络构成一个Voronoi图，然后基于Voronoi图根据节点的感知范围，判断该节点是否为冗余节点。这种方法只需要检测对某节点的邻居节点间构成的外接圆圆心的覆盖问题，即Voronoi顶点的覆盖，而不需要估计其邻居节点的覆盖范围，由面覆盖问题转化为点覆盖问题使计算复杂度降低。 另外，网络中的节点如果同时进行是否为冗余节点的判断，可能会出现“盲点”（blindpoint），我们引入时间戳机制，有效地解决了可能出现盲点的情况。最后，在NS—2平台上对本文所提出的节点调度机制进行了模拟，结果表明该机制可以在保证覆盖范围的基础上延长网络的生存时间。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究的背景与意义

1.2课题研究的内容

1.3课题的创新点

第2章Voronoi图简介

2.1离散点集的Voronoi图

2.2 Voronoi图的性质及其构造算法

2.3 Voronoi图的应用

2.4本章小结

第3章无线传感器网络概述

3.1无线传感器网络的组成结构

3.2无线传感器网络的特点

3.3无线传感器网络的应用

3.4无线传感器网络分层模型

3.4.1物理层

3.4.2数据链路层

3.4.3网络层

3.4.4传输层

3.4.5应用层

3.5本章小结

第4章节点的调度算法

4.1传感器覆盖问题

4.1.1无线传感器网络中覆盖问题的分类

4.1.2覆盖范围概述

4.1.3固定点搜盖问题

4.1.4区域覆盖问题

4.2基于Voronoi图的节点的调度

4.2.1 Voronoi图的基本知识

4.2.2基本假设、基本概念和基本定理

4.2.3当Rc≥2Rs时，VIP协议对I-度覆盖和1-度连通的配置

4.2.4当Rc＜2Rs时，VIP协议对1-度覆盖和1-度连通的配置

4.2.5当Rc＜2Rs时，VIP协议的进一步优化

4.2.6基干Voronoi图的冗余节点的检测

4.2.7基于Voronoi图的节点的调度

4.3保证路由关键点的节点的调度

4.4盲点

4.5本章小结

第5章模拟实验与结果分析

5.1基于Voronoi图的VIP协议的模拟结果分析

5.2本章小结

结论

参考文献

致 谢

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