传感器网络栅栏覆盖问题的调度算法研究

摘要

随着传感器制造工艺的进步和无线通信技术、移动计算技术的发展，无线传感器网络越来越广泛的应用于生产、生活中的各个领域，推动了社会的迅猛发展。覆盖问题，作为传感器网络首要的问题，引起了研究人员的广泛关注，而用于入侵检测的栅栏覆盖尤其受到国内外研究者的青睐，涌现出一大批研究成果。现有研究通常基于传感器数量充裕的前提研究覆盖问题。而在网络实际运行时，常常会出现可用节点数量不能满足覆盖需求的场景，节点有限的能量也制约了传感器网络的进一步发展，因此，需要深入研究传感器网络有限的资源对网络性能的影响。本文在前人研究工作的基础上，进一步探索了传感器网络资源受限情况下的栅栏覆盖问题，从传感器数量受限和传感器能量受限两方面进行了理论研究。
　　本文首先简要介绍了无线传感器网络及其相关应用场景，阐述了传感器网络中覆盖问题的背景和相关研究现状。针对传感器数量受限的情况，基于布尔感知模型，对覆盖区域进行分割，将栅栏覆盖问题转化为特定兴趣点的覆盖问题，引入了移动执行器并设计相应移动策略来动态覆盖所有兴趣点，进而将设计的策略推广到一般的概率感知模型;针对传感器能量受限的情况，基于双基雷达感知模型，提出了带状区域(k，(∈))-栅栏覆盖，通过设置距离阈值和引入虚拟点表征雷达传感器对，将能量有效地栅栏覆盖问题描述为选取最小权重的传感器覆盖集合，并设计了最小权重的（k，(∈)）-栅栏覆盖算法在多项式时间内选取激活的传感器;针对移动雷达传感器网络，分析了雷达传感器序列（T，R1，R2，…，Rn）的覆盖区域，确定了最小代价覆盖单位长度区域所需的发射器和接收器数量及其位置关系，通过构建发射传感器的Voronoi图将区域中的接收器与距离最近的发射器配对，从而建立网络连通图，设计了连通图的搜索算法确定网络中存在的覆盖间隙，针对覆盖间隙，构造了可移动传感器实际位置与期望位置的二分图，通过二分图匹配确定节点的移动策略。
　　随着传感器网络的广泛应用，需要进一步研究实际场景中可能发生的传感器资源受限的情况。本文结合国际最新科研成果，探索了传感器数量受限和能量受限两种场景，分别基于布尔感知模型、概率感知模型和双基雷达感知模型进行了研究，并对部分成果进行了理论证明。大量的仿真结果验证了本文所提算法的有效性。本文的理论成果对传感器网络的进一步应用具有一定的指导作用和现实意义。

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摘要

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表格

1 绪论

1．1 无线传感器网络概述

1．2 无线传感器网络中的覆盖问题

1．2．1 覆盖类型

1．2．2 传感器感知模型

1．3 当前研究现状

1．3．1 静态传感器网络中的栅栏覆盖

1．3．2 移动传感器网络中的栅栏覆盖

1．3．3 雷达传感器网络中的栅栏覆盖

1．4 本文工作

2 传感器数量受限情况下的栅栏覆盖

2．1 引言

2．2 网络覆盖模型

2．2．1 传感器模型

2．2．2 覆盖区域模型

2．2．3 栅栏覆盖问题

2．3 栅栏覆盖执行器移动算法的设计

2．3．1 m能够被n整除情况下的算法设计

2．3．2 m不能被n整除情况下的算法设计

2．4 其他感知模型下的栅栏覆盖

2．5 仿真实验结果

2．5．1 仿真环境

2．5．2 仿真结果

2．6 本章小结

3 传感器能量受限情况下的栅栏覆盖

3．1 引言

3．2 网络覆盖模型

3．2．1 传感器模型

3．2．2 覆盖区域模型

3．3 算法设计

3．3．1 构建覆盖图

3．3．2 网络流图

3．3．3 最小权重(κ，ε)-栅栏覆盖算法

3．4 仿真实验结果

3．4．1 仿真环境

3．4．2 仿真结果

3．5 本章小结

4 移动传感器网络中的栅栏覆盖

4．1 引言

4．2 问题描述

4．3 传感器最优部署顺序和部署间距

4．3．1 单个雷达对的覆盖区域

4．3．2 多个雷达对的覆盖区域

4．4 节点移动算法设计

4．4．1 确定覆盖区域

4．4．2 搜索覆盖间隙

4．4．3 修复覆盖间隙

4．5 仿真实验结果

4．5．1 仿真环境

4．5．2 仿真结果

4．6 本章小结

5 总结与展望

5．1 本文工作总结

5．2 研究工作展望

参考文献

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