无线传感器网络覆盖与节点部署问题研究

摘要

近年来，集成了传感器技术、微电子技术和无线通信技术的无线传感器网络已引起各国政府、研究机构和企业的高度关注，在军事、环境科学、医疗健康和其他商业领域都有着广阔的应用前景。本文主要研究了WSN的覆盖和节点部署问题。 覆盖是无线传感器网络研究的基本问题之一。无线传感器网络一般由大量自供电的传感器节点组成，传感器节点一般依靠电池供电。电池电源是有限的，并且传感器节点一旦配置后，由于其工作环境等因素的限制就很难对电池进行充电或更换电池，这就使得无线传感器网络的寿命受到影响，从而不能长时间的使用。覆盖问题不仅能够保证无线传感器网络正常工作，而且还在很大程度上影响着整个网络的能耗、生存时间和服务质量等重要参数。因此，对WSN覆盖问题的研究是十分有意义的。 节点部署是传感器网络设计考虑的第一步，是传感器网络正常工作的基础，只有将传感器节点在目标区域部署好，才能进一步进行其它的工作和优化。传感器节点的部署分为随机部署和人工部署，在一些特殊的应用环境中，必须人工部署。 本文简要介绍了无线传感器网络的起源和研究背景，对目前国内外无线传感器网络的研究现状进行了分析，阐述了无线传感器网络的相关技术，总结了无线传感器网络的特点。 论文介绍了无线传感器网络的几种覆盖模型，总结了无线传感器网络覆盖问题的分类，分析了几个典型算法的基本理论、实现方法和优缺点。然后利用所建立的数学模型，结合图论、概率论和统计学等方面的知识，提出了基于k覆盖度的覆盖控制算法，给出了节点覆盖度的计算公式。 在现有算法的基础上，论文提出了一种基于蜂窝网格的传感器节点部署算法，并通过仿真实验证明了蜂窝网格在节点部署上能够最大化监测面积。对传感器网络内外层节点寿命进行了研究，从理论上提出了一种理想分布模型。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略语目录

声明

第一章引言

1.1无线传感器网络概念及其研究意义

1.1.1无线传感器网络

1.1.2无线传感器网络的研究意义

1.2无线传感器网络关键技术及其国内外研究现状

1.3论文研究内容

1.4论文组织结构

1.5小结

第二章无线传感器网络相关技术

2.1无线传感器网络的体系结构

2.1.1无线传感器网络的形成过程

2.1.2网络体系结构

2.1.3节点组成

2.2无线传感器网络的特点

2.3无线传感器网络的性能评价指标

2.4小结

第三章无线传感器网络覆盖算法和节点部署算法

3.1无线传感器网络感知模型

3.2无线传感器网络覆盖问题分类

3.2.1区域覆盖

3.2.2点覆盖

3.2.3栅栏覆盖

3.3无线传感器网络的节点部署

3.3.1节点部署的评价指标

3.3.2现有传感器节点部署算法

3.4小结

第四章无线传感器网络覆盖算法研究

4.1典型的无线传感器网络覆盖控制算法

4.1.1基于网格的传感器节点定位算法

4.1.2连通传感器覆盖

4.1.3 Node Self-Scheduling覆盖控制算法

4.1.4暴露穿越覆盖

4.1.5最坏与最佳情况覆盖

4.2基于K-覆盖度的传感器节点覆盖控制算法

4.2.1算法假设

4.2.2相关定义

4.2.3基本原理

4.2.4 k覆盖中冗余节点的判断

4.2.5盲区问题

4.2.6算法流程图

4.2.7算法的应用

4.2.8算法总结

4.3小结

第五章无线传感器网络节点部署算法研究

5.1传感器节点部署

5.2一种基于蜂窝网格的传感器节点部署算法

5.2.1问题描述

5.2.2基于蜂窝网格的传感器节点部署

5.2.3仿真环境和仿真流程图

5.2.4仿真结果分析

5.2.5算法的应用

5.2.6算法总结

5.3一种新的冗余节点部署算法

5.3.1问题描述

5.3.2传感器网络寿命

5.3.3理想分布

5.3.4算法流程图

5.3.5随机分布

5.3.6泊松分布

5.3.7仿真分析

5.3.8算法的应用

5.4小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

攻硕期间所取得的研究成果