MTACA：一种面向感知QoS的无线传感器网络覆盖控制方法

摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是随着无线通信和嵌入式计算技术、传感器技术、微机电制造技术的发展而发展起来的一种新兴的信息获取技术，在环境监控方面具有广阔的应用前景和科研价值。感知覆盖问题是无线传感器网络研究和应用的关键性基础问题，是其他网络研究的基础，直接影响了传感器网络的使用性能。 本文首先对无线传感器网络服务质量研究现状进行了归纳，提出感知覆盖控制、网络连通和数据安全是WSN最为关注的QoS保障。对无线传感器网络的覆盖控制研究进行了综述，从覆盖控制的优化方式、感知模型的影响、覆盖类型、约束因素以及评价指标等方面进行了系统的探讨和详尽的研究。 传感器的感知模型对WSN的覆盖控制具有重要的影响，本文根据现有的一些理论成果总结出三种感知模型——感知原型、0-1感知模型和概率感知模型，并对后两者进行了详细的论述，针对概率感知模型提出协同感知的概念。 传感器节点对其周边一定范围内的监控目标都具有感知作用，监控目标也可被其周边的若干传感器所感知，传感器节点和监控目标可经由这种感知的作用相互联系起来。本文正是从这一关系出发，从数据挖掘的角度研究传感器节点和监控目标之间的关联关系。立足网络覆盖率需求，结合能量利用有效性，本文提出一种适用于0-1感知模型和概率感知模型的多目标关联覆盖控制算法(Multipie Target Associate Coverage Algorithm，MTACA)。仿真结果表明，本文所提MTACA算法在保证网络覆盖率、降低工作节点比例、延长网络工作寿命等方面都有较好的性能。 同时本文首次研究了定位偏差对覆盖控制性能的影响，并进行了仿真，结果表明定位偏差对0-1感知模型的WSN影响不大，而对概率感知模型的WSN感知性能具有很大的影响。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第1章 无线传感器网络及其服务质量概述

1.1 无线传感器网络简介

1.1.1 WSN网络与体系结构

1.1.2 WSN特点

1.1.3 WSN的应用

1.1.4 WSN所面临的挑战

1.2 WSN服务质量

1.2.1 网络服务质量定义

1.2.2无线传感器网络QoS研究

1.2.3 无线传感器网络QoS研究现状

1.3 本文研究意义和主要工作

1.3.1 研究意义

1.3.2 主要工作

1.3.3 论文结构

第2章 WSN覆盖控制策略研究

2.1 覆盖控制

2.2 感知模型

2.2.1 感知原型

2.2.2 0-1感知模型

2.2.3概率感知模型

2.3 多重覆盖与协同覆盖

2.4 覆盖优化方式

2.4.1 确定性网络部署

2.4.2 工作节点调度

2.5 约束因素

2.5.1 能量有效性

2.5.2网络连通性

2.5.3 节点定位

2.5.4时间同步

2.6 性能指标

2.6.1 覆盖率

2.6.2覆盖效率

2.6.3 网络生存寿命

2.6.4 漏检率

2.6.5 工作节点比例

2.7 覆盖控制亟待解决的问题

第3章 MTACA算法

3.1 研究对象的性质

3.1.1 点覆盖控制

3.1.2传感器随机分布

3.1.3 节点能量受限

3.1.4节点感知模型

3.1.5存在特质节点

3.1.6节点定位

3.1.7 节点时间同步

3.2 研究目标

3.3 研究思路

3.3.1 分区域

3.3.2 时间分片

3.3.3动态自适应分组

3.3.4集中式算法

3.4 算法基本思想

3.5 MTACA算法

3.5.1相关基本概念

3.5.2算法步骤

第4章 0-1感知模型下的c-MTACA算法及其仿真

4.1 0-1感知模型

4.2 工作节点调度机制

4.3 算法伪代码及流程图

4.3.1算法伪代码

4.3.2流程图

4.4 算法仿真与性能分析

4.4.1 比较算法

4.4.2算法场景描述

4.4.3 覆盖率vs.时间

4.4.4 工作节点比例vs.时间

4.4.5 失效节点比例vs.时间

4.4.6 能量均衡性vs.时间

4.4.7 网络工作寿命vs.节点个数

4.4.8 网络工作寿命vs.感知半径

4.4.9覆盖率vs.定位偏差

4.5 本章小结

第5章 概率感知模型下的p-MTACA算法及其仿真

5.1 概率感知模型

5.2 多节点协同感知

5.3 p-MTACA算法

5.3.1 关联目标-m-CSG集的建立

5.3.2 工作节点集的调度机制

5.4 算法伪代码及流程图

5.4.1算法伪代码

5.4.2流程图

5.5 算法仿真与性能分析

5.5.1 算法场景描述

5.5.2覆盖率vs.时间

5.5.3 工作节点比例vs.时间

5.5.4 失效节点比例vs.时间

5.5.5 能量均衡性vs.时间

5.5.6 网络工作寿命vs.节点个数

5.5.7 定位误差对覆盖率的影响

5.6 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

6.2.1 边界问题

6.2.2网络连通性

6.2.3 三维覆盖

6.2.4 动态目标

参考文献

附录