面向目标关联的无线传感器网络优化覆盖控制算法研究

摘要

无线传感器网络技术是随着网络通信技术、传感器技术、嵌入式计算技术、微机电制造技术、无线通信技术和分布式信息处理技术的发展而发展起来的一种新兴的信息获取技术。它在军事、环境监控以及医疗方面具有广阔的应用前景，无线传感器网络技术为社会带来的不可估计的价值激发了人们对该技术研究的热情。
　　无线传感器网络的核心问题是覆盖问题。覆盖指的是在节点能量、通信带宽、计算处理能力等资源普遍受限的情况下，通过对具有感知能力的节点的调度，实现感知、监视、传感、通信等各种服务质量的提高，最终使网络资源得到优化分配。如何在保证监测区域覆盖质量的同时延长网络的生命周期，是无线传感器网络需要解决的重要问题。在实际应用中，传感器网络一般被部署在战场、沙漠等工作人员不可达到的环境中，我们需要利用节点的高度冗余来保证网络的容错性和数据的精确性。本文研究的重点是如何保证监测区域的多重覆盖，以及目标在多重覆盖的情况下的节点调度问题。主要研究内容如下：
　　(1)针对正方形监测区域的覆盖是否要考虑边界区域的问题进行了讨论和研究。研究发现：监测区域的面积远大于传感节点的感知范围时，不需要考虑非边界节点对网络覆盖质量的影响，反之，需要对监测区域边界节点和非边界节点采取不同的覆盖策略，以保证网络覆盖的质量。本文通过理论推导出了无线传感器网络平均覆盖率与监测区域的边长l和节点感知半径r的关系。它能够很好地解决由于位置不同而对覆盖率产生影响的问题，且根据平均覆盖率可以近似地计算出满足多重覆盖所需的节点数量。
　　(2)针对自适应休眠算法（Probing Environment and Adaptive Sleeping，PEAS)在节点调度过程中，存在节点能耗不均衡、网络的生命周期较短的问题，提出一种基于加权的优化覆盖算法。该算法对最小频繁项的目标所对应的传感节点按能量高低进行划分集合，使各集合都能够独立覆盖最小频繁项的目标，以达到局部的优化。考虑到传感节点覆盖目标数和剩余能量对无线传感网络生存周期的影响，我们对边缘未覆盖的目标节点采用加权的方式进行覆盖。仿真结果表明：该算法能够均衡网络节点的能耗，有效地延长了网络的生命周期。

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第1章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2国内外研究现状和发展情况

1.3 论文的研究内容和结构安排

第2章 无线传感器网络概述

2.1无线传感器网络的体系结构

2.2无线传感器网络特点及应用

2.3 WSN的未来发展趋势

2.4本章小结

第3章 无线传感器网络覆盖问题及算法

3.1无线传感网络覆盖控制的基本问题

3.2典型的覆盖控制算法

3.3覆盖控制算法亟待解决的问题

第4章 与位置无关的无线传感器网络重覆盖研究

4.1相关工作

4.2网络覆盖模型

4.3实验仿真及结果分析

4.4本章小结

第5章 基于加权的无线传感器网络优化覆盖算法

5.1引言

5.2 PEAS算法概述

5.3 基于加权的覆盖算法

5.4 仿真实验

5.5 结论

第6章 总结和研究展望

致谢

参考文献

附 录

作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目