物聯(lián)網(wǎng)可靠感知節(jié)點部署優(yōu)化理論與方法研究.pdf

1、物聯(lián)網(wǎng)所提供的各種應(yīng)用和服務(wù)都需要以對物理世界感知獲取的數(shù)據(jù)作為對象來源。由于節(jié)點傳感器性能、部署成本以及物理環(huán)境等各種因素難以實現(xiàn)可靠感知，而節(jié)點部署優(yōu)化可以提高監(jiān)測區(qū)域的感知可靠度。當前對于部署問題研究大部分假設(shè)理想感知模型或靜態(tài)場景研究。而事實上由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景類型眾多且復(fù)雜，一些理想化的假設(shè)限制的這些方法的實際應(yīng)用。而針對動態(tài)事件的優(yōu)化部署以及部署后的維護機制研究可以擴展物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍，并成為近年來物聯(lián)網(wǎng)感知部署研究的熱點。

2、本文針對隨機事件以及動態(tài)目標的優(yōu)化部署為目標，系統(tǒng)地研究了感知節(jié)點部署優(yōu)化以及維護機制中的一些重要問題。主體內(nèi)容分為兩個部分:可靠感知節(jié)點部署策略和節(jié)點部署維護機制。前者主要研究非均勻事件區(qū)域部署和動態(tài)目標柵欄部署;感知節(jié)點部署后維護機制主要研究區(qū)域部署中感知覆蓋洞的識別與修復(fù)，這兩部分內(nèi)容遞進相互聯(lián)系。
　　本文主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點如下:
　　1.面向可靠感知的優(yōu)先級事件稀疏部署優(yōu)化。傳統(tǒng)的感知節(jié)點部署研究大多集中在區(qū)域覆

3、蓋面積最大化的研究，缺少對部署區(qū)域的感知質(zhì)量的考慮。本文提出針對大區(qū)域界定稀疏部署情況下，以可靠感知為優(yōu)化目標，針對隨機事件區(qū)域的優(yōu)先級分布，數(shù)學(xué)證明了達到感知可靠度最大化的條件，然后設(shè)計了分布式算法實現(xiàn)重定位傳感器節(jié)點位置，優(yōu)化節(jié)點部署，實現(xiàn)了對事件區(qū)域的可靠感知。
　　2.動態(tài)事件區(qū)域的柵欄部署優(yōu)化算法。柵欄部署是針對目標區(qū)域邊界進行感知監(jiān)測的一類部署問題，傳統(tǒng)的柵欄覆蓋部署研究大多針對靜態(tài)目標邊界。而實際應(yīng)用中，許多目標邊界

4、以及整體是動態(tài)變化和移動的，感知節(jié)點需要快速部署到目標邊界周圍并能快速跟蹤變化。本文針對動態(tài)目標研究柵欄部署優(yōu)化，結(jié)合群智能魚群算法思想提出一種移動?xùn)艡诓渴饍?yōu)化算法，其能快速尋找到目標邊界形成封閉的柵欄帶并響應(yīng)目標區(qū)域的移動和變化，實驗證明本算法時延更小，節(jié)點總體移動距離更短。
　　3.物聯(lián)網(wǎng)可靠感知空洞識別方法。感知節(jié)點部署的隨機性以及節(jié)點能耗殆盡、損壞退出等，使得網(wǎng)絡(luò)中存在有覆蓋洞，這些空洞將會影響物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測性能，如何識別感知

5、空洞是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)部署中的先決條件。當前大多感知覆蓋空洞識別方法都是基于節(jié)點精確位置已知條件下的研究，這在實際應(yīng)用中局限性較大，提出一種分布式覆蓋洞識別方法，其基于鄰居拓撲關(guān)系可以快速識別網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，然后基于三角覆蓋理論以及哈密頓圖判別方法識別區(qū)域中感知空洞，最后仿真分析比較了算法性能，分布式算法能夠快速有效識別感知區(qū)域覆蓋洞。
　　4.混雜節(jié)點部署下的感知空洞修補方法?；谇懊鎸τ诟兄采w空洞的識別，如何進行感知空洞修復(fù)愈合是部署

6、理論維護機制中另一個重要問題。利用移動節(jié)點來修補覆蓋空洞是當前認為較為可行的方法。假定監(jiān)測區(qū)域在靜態(tài)節(jié)點移動節(jié)點混合，節(jié)點感知半徑異構(gòu)下，研究如何通過移動節(jié)點重定位修復(fù)感知覆蓋洞，同時兼顧移動距離或能耗最小以及修復(fù)后的感知覆蓋率最大化，優(yōu)化感知覆蓋性能。針對移動節(jié)點覆蓋洞修補規(guī)劃的NP-hard問題，提出結(jié)合遺傳算法來求解最優(yōu)解。仿真實驗表明本算法相比于同類算法能夠有效修補漏洞并兼顧節(jié)點能耗以及感知覆蓋率。
　　最后進行了全文總結(jié)