阴影衰落环境下无线传感器网络的覆盖问题研究

摘要

无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成,通过无线电通信形成的一个多跳自组织网络系统,能够感知、采集和处理被监测对象的信息,并发送给观测者,实现人类与自然的交互,具有广阔可观的发展前景。
　　 覆盖问题是无线传感器网络正常运行所必需解决的基本问题之一,反映了传感器网络所能提供的“感知”服务质量。由于无线传感器网络的应用相关性,覆盖问题与具体的网络应用环境密切相关。在比较理想的自由空间环境下,每个节点的覆盖范围是一个以节点为圆心,感知半径为半径的圆盘。然而,在实际的传感器网络中,传感信号在传播过程中,会受到障碍物等环境因素的影响,使得信号强度绕中值上下波动,形成阴影衰落,对覆盖产生重要的影响。因此,本文主要研究阴影衰落环境下无线传感器网络的覆盖问题。
　　 本文针对无线传感器网络的特性,通过分析阴影衰落环境下各主要相关因素对覆盖性能产生的影响,做了以下两方面的工作。
　　 (1)针对无线传感器网络的完全覆盖问题,基于自由空间环境下的规则部署方式,推导出在衰落阴影环境下,完全覆盖网络监测区域所需的最少节点数目的公式,并求出相邻工作节点间的距离,得出最少工作节点数目与阴影衰落强度及节点探测半径之间的关系。仿真结果表明了公式的有效性。
　　 (2)根据概率感知模型和节点间的协作特性,本文提出了基于概率的协作感知模型,并计算出满足一定覆盖质量要求时相应的协作感知半径,进而得出所需的最少工作节点数目,为阴影衰落下覆盖性能的评价提供了一个合理有效的参考评价标准。实验结果表明了理论分析的正确性。