基于虚拟力的无线传感器网络节点覆盖算法

摘要

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）是信息领域多学科交叉融合的新型产物，也是新世纪推动科学技术发展的重要手段。而无线传感器网络配置面临的首要问题则是覆盖问题，覆盖的优劣程度将对网络的通信性能和生存周期产生深刻的影响。采用一种高性能、自适应的节点覆盖算法可以提升网络的服务质量，优化网络的生存周期，节约网络的运行成本。所以，研究传感器网络的覆盖问题具有十分重要的理论价值和实践意义。 本文介绍了无线传感器网络的基本概念、主要组成部分及无线传感器网络的关键技术，系统地阐述了关于无线传感器网络覆盖的相关理论（涵盖覆盖的基本概念、节点经典的感知模型、覆盖问题的分类及覆盖的意义），剖析了无线传感器网络常用评价指标。 深入研究了同构移动传感器网络覆盖问题，针对经典虚拟力覆盖算法（Virtual Force Algorithm，VFA）在随机部署状态未知的情况下无法选取合适参数，容易产生网络覆盖盲区问题，本文提出一种基于密集度的虚拟力覆盖算法（Intensity-based Virtual Force AlgorithmWith Boundary Forces，IVFA-B）。算法通过对节点所受合力进行分析，推导出具有一定适应性的虚拟力引力参数和斥力参数，同时引入节点密集度的概念，利用节点自身密集度来选择虚拟力模型中最优距离阈值，进而完善传统的虚拟力模型，最终实现网络节点的部署优化。仿真实验结果表明，该算法使得网络覆盖率提高了近26%，极大改善了节点分布不均的情况。 对于节点感知异构的异构移动传感器网络，由于节点感知半径不同，导致节点间并不存在一个理想距离阈值，所以传统覆盖算法和IVFA-B算法并不适合应用于异构移动传感器网络中。本文提出了一种基于网格的虚拟力覆盖算法（Grid-based Virtual Force AlgorithmWith Boundary Forces，GVFA-B），继续沿用IVFA-B算法中的虚拟力模型，针对异构网络节点间理想距离的特殊性，分析网格中实现最大覆盖时两种异构节点感知半径的关系和节点之间的最佳距离，将节点间最佳距离与虚拟力算法中的最佳距离阈值有机结合，提高其对异构网络的适应度，并将节点移动概率引入节点移动距离公式中，以此来约束节点移动。仿真实验证明，该算法在覆盖效果和节省节点能耗两方面都有很好的效果。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 课题国内外研究现状

1.3 课题主要研究内容

1.4 论文的结构安排

第2章 无线传感器网络及其覆盖研究

2.1 无线传感器网络主要组成与概述

2.2 无线传感器网络关键技术

2.3 无线传感器网络覆盖研究

2.4 无线传感器网络覆盖常用评价指标

2.5 本章小结

第3章 基于虚拟力的同构移动传感器网络节点覆盖算法

3.1 引言

3.2 基本虚拟力覆盖算法描述

3.3 基于密集度的虚拟力覆盖算法

3.4 优化算法实现的伪代码

3.5 仿真实验

3.6 本章小结

第4章 基于虚拟力的异构移动传感器网络节点覆盖算法

4.1 引言

4.2 基于网格的虚拟力覆盖算法

4.3 优化算法实现的伪代码

4.4 仿真实验

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

声明

致谢