移动传感器网络优化部署及覆盖仿真研究

摘要

无线传感器网络是近年来研究的一个热点领域，并被评为21世纪最重要、最有前景的技术之一，将会对人类生活产生非常重要的影响。无线传感器网络技术综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术、存储技术以及通信技术等众多的技术领域，并结合了各个交叉学科的前沿技术，具有广阔的研究空间。
　　由于无线传感器网络节点的通常部署在条件恶劣，或是人类难以达到的区域，其节点的初始化部署方式一般采用飞机抛洒或是炮弹投射类型，节点的分布具有很大的随机性。在无线传感器网络中，有的区域内节点分布十分密集，而有的区域则因为节点分布少而出现了网络覆盖空洞。由于网络节点分布的不均匀造成了网络的不连通，最终影响了网络的整体性能。
　　针对以上问题，当无线传感器网络节点初始化之后，合理地进行节点的再部署可以改善传感器网络的覆盖性能，提高采集数据的精确性，提升网络的连通性能，大幅度降低节点能耗等。本文旨在研究无线传感器网络优化部署和覆盖的问题，即在特定场景下如何利用节点优化部署以提升网络的特定的覆盖性能。
　　本文主要完成以下几个方面的工作：
　　(1)深入分析了无线传感器网络的特点及其所应用的范围，探讨了无线传感器网络部署和覆盖所面临的问题，对传感器网络部署与覆盖问题进行了分类并归纳了无线传感器覆盖部署性能的评价体系。最后，简要列举了当前的一些无线传感器网络部署与覆盖算法。
　　(2)针对现有的移动传感器网络部署覆盖算法复杂度高，且大多采用集中式，应用范围有限等缺点。本文提出了一种基于虚拟力的移动传感器精确部署算法，首次提出了“中继节点簇”的概念，利用了网络中存在着的节点聚集现象，构建一条从源节点到目的节点的连通路径。与同类型的算法进行对比实验证实，该算法在节点平均移动距离、网络节点能量开销上均有着明显的优势。
　　(3)在移动无线传感器网络栅栏覆盖领域，目前栅栏覆盖构建问题的研究大多没有考虑障碍物的影响，即认为节点在区域内可以自由的移动。本文提出了一种基于虚拟力了理论的，并适用于障碍物环境的移动传感器网络1阶栅栏覆盖构建算法，该算法可以有效的规避障碍物的阻挡，构建一个更加节省能耗开销的1阶栅栏覆盖网络。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 无线传感器网络部署与覆盖领域研究现状

1.3 本文工作

1.4 本文结构

第2章 无线传感器网络部署与覆盖问题及其应用

2.1 无线传感器网络节点的部署

2.1.1 按配置方式分类

2.1.2 移动节点的再部署算法

2.2 网络部署性能的评价

2.3 无线传感器网络节点感知模型

2.4 无线传感器网络覆盖问题

2.4.1 相关应用属性的分类

2.4.2 评价无线传感器网络覆盖性能的主要指标

2.5 无线传感器网络覆盖部署算法

2.5.1 区域覆盖

2.5.2 点覆盖

2.5.3 栅栏覆盖

2.6 虚拟力的理论知识

2.6.1 虚拟力的简介

2.6.2 虚拟力的公式模型

2.6.3 虚拟力在无线传感器网络覆盖领域的应用

2.7 小结

第3章 一种移动传感器网络精确部署算法

3.1 引言

3.2 基于虚拟力的精确部署算法及相关问题

3.2.1 相关问题

3.2.2 基于虚拟力的精确部署算法

3.2.3 算法的节点模型

3.2.4 虚拟力作用力模型

3.2.5 节点的运动方程

3.2.6 算法描述

3.3 仿真与性能分析

3.4 小结

第4章 一种移动传感器网络l阶栅栏覆盖构建算法

4.1 引言

4.2 相关工作及问题描述

4.2.1 相关工作

4.2.2 问题讨论

4.3 栅栏覆盖构建理论

4.3.1 栅栏覆盖网络模型

4.4 算法分析

4.4.1 寻找节点移动距离最短的虚拟栅栏路径

4.4.2 规避障碍物的优化虚拟栅栏路径

4.4.3 传感器网络一阶栅栏覆盖路径的生成

4.5 算法描述

4.5.1 算法的节点模型

4.5.2 虚拟力模型

4.5.3 节点运动方程

4.5.4 VFABC算法描述

4.6 仿真与性能分析

4.7 小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的论文

附录B 攻读硕士学位期间所参与的科研活动