约束条件下传感器节点覆盖和部署问题研究

摘要

近年来，无线传感器网络（Wireless Sensor Networks,WSNs）发展迅速，并逐渐成为连接物理世界和数字世界的一个桥梁。节点部署问题是WSNs设计的第一步，它对WSNs的覆盖，连通，能耗和生命周期等有着很大的影响。覆盖是WSNs研究的基本问题之一，它严重影响着网络的能耗与生存周期。
　　WSNs的节点部署问题就是要寻找一个满足目标条件的最佳拓扑结构，一个好的拓扑结构不但能够提高WSNs的覆盖和连通性能，而且还能降低成本和提高网络的生命周期。在WSNs执行监测任务时，选择尽量少的工作节点，可以降低网络能耗和传感器节点间感知数据的冗余度。本文主要研究了保持部分连通的最少传感器节点覆盖问题和最少传感器节点部署问题。
　　本文针对WSNs的节点覆盖和部署问题主要完成了如下工作：
　　对于最少传感器节点部署问题，本文提出了一种公交车载网络（Bus-based Ad hoc Networks,BANETs）和无线传感器网络组成的混合网络模型，并在此网络模型上提出了改进的有边界的基于条状的传感器节点部署算法（MSSDB），MSSDB考虑了目标区域的边界问题，并针对传感器节点的感知半径和通信半径关系的不同，在基于条状和基于三角形部署方式之间切换。本文还分析了基站可以在一定的时间延迟内接收完全城的数据包。仿真实验表明：MSSDB比其他传统的传感器节点部署机制节省传感器节点，并且能够满足一定的时延限制。
　　对于保持部分连通的最少传感器节点覆盖问题，本文提出了一种基于ConnectRoad Gain节点选择算法（SSCG）。通过把区域覆盖问题转化为目标点覆盖问题，贪婪式的选择能够覆盖最多目标点的传感器节点加入到结果集合中，直到结果集合中的传感器节点能够覆盖整个目标区域。然后判断结果集合中的每一个传感器节点是否和道路连通，如果不是，则根据节点的ConnectRoad Gain值大小，选择ConnectRoad Gain值最大的节点添加到结果集合，最终求得满足覆盖和部分连通的最少传感器节点集合。仿真实验表明：当通信半径不大于2倍的感知半径时，本文所提出的算法SSCG优于传统的保持连通和覆盖的节点选择算法（CBA）；当通信半径远大于感知半径时，和CBA相比，SSCG没有优势。当网络中节点的密度比较大时，SSCG的优势比较明显，但是如果网络很稀疏，那么SSCG和CBA的性能都不好。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的内容

1.4 本文的结构安排

第2章 无线传感器网络覆盖和节点部署

2.1节点感知模型

2.2 无线传感器网络覆盖

2.3 无线传感器网络的节点部署

2.4覆盖连通和节点部署

2.5 本章小结

第3章 最少数量传感器节点部署

3.1 混合网络结构

3.2 问题描述与模型构建

3.3 最少数量传感器节点部署算法

3.4 最少数量节点部署问题仿真实验

3.5本章小结

第4章 保持部分连通的最少传感器节点覆盖

4.1 问题描述

4.2 目标区域与目标点的转化

4.3基于ConnectRoad Gain节点选择算法

4.4基于ConnectRoad Gain的节点选择算法仿真实验

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢