无线多媒体传感器网络覆盖算法研究

摘要

随着无线通信、电子芯片及传感器技术的高速发展，无线传感器网络技术得到了快速发展。无线传感器网络由传统的全向传感器发展到有向传感器，采集、传输和处理的对象也由简单环境数据（如温度，湿度，光强等）扩展到声音、图像和视频流等多媒体信息，即无线多媒体传感器网络。无线多媒体传感器网络的初始部署方式一般为大规模的随机部署，容易造成节点分布不均匀。覆盖控制研究的是在保证服务质量(Quality of Service，QoS)的条件下，利用覆盖增强策略达到对目标的最优化覆盖。覆盖控制算法在信息获取、环境感知以及提高QoS等方面都有重要的意义。
　　论文在已有的有向感知模型的基础上，针对基于虚拟势场的有向传感器网络覆盖增强算法(Potential Field based Coverage-Enhancing Algorithm，PFCEA)进行改进，提出了一种基于虚拟势场的多媒体传感器网络覆盖增强的优化算法(Optimization of the Potential Field based Coverage-Enhancing Algorithm forwireless multimedia networks，OPFCEA)。
　　首先，在PFCEA中，目标区域边界处的节点由于只受到来自区域内部节点的斥力作用，其感知范围在斥力引导下向目标区域外偏转，论文所提的OPFCEA引入了一种部署在监测区域外部且距离边界较近的虚拟节点，用来给边界节点提供虚拟斥力并引导其改变感知方向以尽量覆盖目标区域。
　　其次，OPFCEA给出了一种自适应的旋转角度迭代公式，让覆盖率的值成为影响旋转角度大小的因素之一，使得算法前期覆盖率增长较快的时候旋转角度较大，算法后期覆盖率增长减慢的时候旋转角度较小;OPFCEA还针对PFCEA运行到后期时部分节点存在频繁往复转动的问题，给出解决办法，即当区域覆盖率增长到一定值并且增长速度小于阈值时，对这部分节点采取只计算所受合力而不转动的方式，减少这类节点的频繁往复转动。最后，进行MATLAB仿真分析，仿真结果表明了OPFCEA的可行性和有效性。
　　虽然OPFCEA增加了一定的算法复杂度，但是相对于PFCEA提高了监测区域的覆盖率，减少了覆盖增强过程中的节点能耗，有利于提升QoS。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 发展现状

1．2．1 无线多媒体传感器网络现状

1．2．2 无线多媒体传感器网络覆盖现状

1．3 研究意义

1．4 论文结构安排

第二章 无线多媒体传感器网络

2．1 无线多媒体传感器网络体系结构

2．1．1 无线多媒体传感器网络结构

2．1．2 无线多媒体传感器网络分层体系

2．2 无线多媒体传感器网络的特点

2．3 无线多媒体传感器网络的关键技术

2．4 无线多媒体传感器网络的应用

2．5 本章小结

第三章 无线多媒体传感器网络覆盖控制

3．1 多媒体传感器网络覆盖概述

3．1．1 节点部署方式

3．1．2 覆盖问题的分类及网络的感知模型

3．2 覆盖性能评价

3．3 覆盖控制基本原理

3．4 本章小结

第四章 基于虚拟势场的多媒体传感器网络覆盖增强的优化算法(OPFCEA)

4．1 基于虚拟势场的覆盖增强算法简介

4．2 相关问题

4．2．1 有向感知模型

4．2．2 研究前提

4．2．3 基于虚拟势场的有向传感器网络覆盖增强算法(PFCEA)

4．3 OPFCEA的实现和描述

4．3．1 针对边界节点的优化

4．3．2 针对旋转角度的优化

4．3．3 针对算法后期节点频繁转动问题的优化

4．3．4 算法描述

4．4 实验仿真与性能分析

4．4．1 实验仿真

4．4．2 性能分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

作者在硕士期间发表的文章