三维无线传感器网络K重覆盖机制研究

摘要

无线传感器网络主要是大量具有无线通信与计算能力的传感器节点自组织成的一个网络系统。本文着重研究三维传感器网络覆盖的问题，目前无线传感网络的覆盖研究大多数是针对二维传感器网络的，但实际情况往往是需要在三维空间里放置传感器节点。
　　针对三维全向传感器网络K覆盖问题，本文将从确定性覆盖和随机覆盖两个方面来将节点布撒在三维空间中以实现三维区域的K重覆盖。在确定性覆盖中，将整个监测区域视为若干个以传感半径Rs为外接球直径的多面体堆积而成，并在各个多面体的顶点处放置传感器节点，从而使监测区域的覆盖冗余率最低。在随机部署中，在三维目标监测区域随机散布节点，初始状态都为工作状态，并向汇聚节点传递各自的位置信息，首先在多面体重叠区域选择K个传感器使之保持工作状态，其余休眠;如果没有达到K重覆盖，在多面体内选择以达到K重覆盖，其余休眠。
　　针对三维有向传感器网络K覆盖的问题，主要研究了一个有效提高了网络覆盖效率的调度策略，并且使用该策略使得无线传感器网络满足K覆盖。首先，介绍了三维有向传感模型以及每个传感器节点的覆盖范围;其次，引入了一个网格划分的方法用来计算无线传感器网络的覆盖率，并且可以判断节点冗余或者覆盖空洞;最后，提出了一个层次调度策略，通过将传感器节点在垂直方向上移动来增大传感器节点的覆盖面积，从而提高目标监测区域的网络覆盖率。
　　最后我们研究了三维空间重覆盖的问题，主要是研究了通过传感器节点之间的虚拟力作用使得各个传感器节点均匀地分布在目标监测区域，从而提高了网络的覆盖效率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状及存在问题

1．2．1 无线传感器网络发展和应用

1．2．2 三维无线传感器网络K重覆盖发展和现状

1．2．3 三维传感器网络K重覆盖的主要的问题

1．3 论文研究目标和内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 主要研究内容

1．4 论文结构

第二章 三维传感器网络覆盖的基础知识

2．1 基本概念

2．2 三维无线传感器节点感知模型

2．3 几种覆盖问题

2．4 本章小结

第三章 基于填充多面体的三维全向传感器网络K覆盖研究

3．1 问题的假设与定义

3．1．1 假设条件

3．1．2 感知模型

3．1．3 覆盖冗余率和空间密度公式

3．2 确定性覆盖下的K重覆盖

3．2．1 几种覆盖方式冗余度的比较

3．2．2 最优覆盖时三维目标监测区域的填充单元个数

3．3 随机覆盖下的置重覆盖

3．3．1 局部区域随机覆盖的方法

3．3．2 几种填充多面体空间密度的比较

3．3．3 鲁洛四面体

3．4 随机覆盖中工作节点选择机制

3．4．1 模型的描述

3．4．2 选择流程

3．4．3 空洞修复策略

3．5 仿真结果

3．5．1 比较确定性部署中覆盖冗余度

3．5．2 比较随机部署中传感器节点的空间密度

3．5．3 改进之后的目标检测区域空洞修复策略

3．6 本章小结

第四章 基于层次调度的三维有向传感器网络K覆盖研究

4．1 问题描述

4．1．1 问题假设

4．1．2 三维有向传感器模型

4．1．3 三维有向传感器节点的覆盖范围

4．2 有向传感器网络的K覆盖策略

4．2．1 基于网格划分的节点冗余和覆盖空洞判断法则1/2r·cosα

4．2．2 节点工作状态调度策略

4．2．3 层次调度策略

4．3 仿真及性能评估

4．4 本章小结

第五章 三维空间中重覆盖后达到K覆盖策略研究

5．1 问题描述

5．1．1 假设条件

5．1．2 感知概率与覆盖率

5．2 虚拟力受力分析

5．2．1 传感器节点之间的引力

5．2．2 传感器节点之间的斥力

5．2．3 移动能耗

5．2．4 虚拟力算法流程图

5．3 仿真及性能评估

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 未来展望

参考文献

作者简介

致谢