物聯(lián)網(wǎng)可靠感知節(jié)點(diǎn)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(duì)物理世界感知獲取的數(shù)據(jù)作為對(duì)象來(lái)源。由于節(jié)點(diǎn)傳感器性能、部署成本以及物理環(huán)境等各種因素難以實(shí)現(xiàn)可靠感知，而節(jié)點(diǎn)部署優(yōu)化可以提高監(jiān)測(cè)區(qū)域的感知可靠度。當(dāng)前對(duì)于部署問(wèn)題研究大部分假設(shè)理想感知模型或靜態(tài)場(chǎng)景研究。而事實(shí)上由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)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(shí)際應(yīng)用。而針對(duì)動(dòng)態(tài)事件的優(yōu)化部署以及部署后的維護(hù)機(jī)制研究可以擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍，并成為近年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)感知部署研究的熱點(diǎn)。

2、本文針對(duì)隨機(jī)事件以及動(dòng)態(tài)目標(biāo)的優(yōu)化部署為目標(biāo)，系統(tǒng)地研究了感知節(jié)點(diǎn)部署優(yōu)化以及維護(hù)機(jī)制中的一些重要問(wèn)題。主體內(nèi)容分為兩個(gè)部分:可靠感知節(jié)點(diǎn)部署策略和節(jié)點(diǎn)部署維護(hù)機(jī)制。前者主要研究非均勻事件區(qū)域部署和動(dòng)態(tài)目標(biāo)柵欄部署;感知節(jié)點(diǎn)部署后維護(hù)機(jī)制主要研究區(qū)域部署中感知覆蓋洞的識(shí)別與修復(fù)，這兩部分內(nèi)容遞進(jìn)相互聯(lián)系。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.面向可靠感知的優(yōu)先級(jí)事件稀疏部署優(yōu)化。傳統(tǒng)的感知節(jié)點(diǎn)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(duì)部署區(qū)域的感知質(zhì)量的考慮。本文提出針對(duì)大區(qū)域界定稀疏部署情況下，以可靠感知為優(yōu)化目標(biāo)，針對(duì)隨機(jī)事件區(qū)域的優(yōu)先級(jí)分布，數(shù)學(xué)證明了達(dá)到感知可靠度最大化的條件，然后設(shè)計(jì)了分布式算法實(shí)現(xiàn)重定位傳感器節(jié)點(diǎn)位置，優(yōu)化節(jié)點(diǎn)部署，實(shí)現(xiàn)了對(duì)事件區(qū)域的可靠感知。
　　2.動(dòng)態(tài)事件區(qū)域的柵欄部署優(yōu)化算法。柵欄部署是針對(duì)目標(biāo)區(qū)域邊界進(jìn)行感知監(jiān)測(cè)的一類部署問(wèn)題，傳統(tǒng)的柵欄覆蓋部署研究大多針對(duì)靜態(tài)目標(biāo)邊界。而實(shí)際應(yīng)用中，許多目標(biāo)邊界

4、以及整體是動(dòng)態(tài)變化和移動(dòng)的，感知節(jié)點(diǎn)需要快速部署到目標(biāo)邊界周圍并能快速跟蹤變化。本文針對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)研究柵欄部署優(yōu)化，結(jié)合群智能魚(yú)群算法思想提出一種移動(dòng)?xùn)艡诓渴饍?yōu)化算法，其能快速尋找到目標(biāo)邊界形成封閉的柵欄帶并響應(yīng)目標(biāo)區(qū)域的移動(dòng)和變化，實(shí)驗(yàn)證明本算法時(shí)延更小，節(jié)點(diǎn)總體移動(dòng)距離更短。
　　3.物聯(lián)網(wǎng)可靠感知空洞識(shí)別方法。感知節(jié)點(diǎn)部署的隨機(jī)性以及節(jié)點(diǎn)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(huì)影響物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)性能，如何識(shí)別感知

5、空洞是優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)部署中的先決條件。當(dāng)前大多感知覆蓋空洞識(shí)別方法都是基于節(jié)點(diǎn)精確位置已知條件下的研究，這在實(shí)際應(yīng)用中局限性較大，提出一種分布式覆蓋洞識(shí)別方法，其基于鄰居拓?fù)潢P(guān)系可以快速識(shí)別網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，然后基于三角覆蓋理論以及哈密頓圖判別方法識(shí)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(shí)別感知區(qū)域覆蓋洞。
　　4.混雜節(jié)點(diǎn)部署下的感知空洞修補(bǔ)方法?；谇懊鎸?duì)于感知覆蓋空洞的識(shí)別，如何進(jìn)行感知空洞修復(fù)愈合是部署

6、理論維護(hù)機(jī)制中另一個(gè)重要問(wèn)題。利用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)來(lái)修補(bǔ)覆蓋空洞是當(dāng)前認(rèn)為較為可行的方法。假定監(jiān)測(cè)區(qū)域在靜態(tài)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)混合，節(jié)點(diǎn)感知半徑異構(gòu)下，研究如何通過(guò)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)重定位修復(fù)感知覆蓋洞，同時(shí)兼顧移動(dòng)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(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)覆蓋洞修補(bǔ)規(guī)劃的NP-hard問(wèn)題，提出結(jié)合遺傳算法來(lái)求解最優(yōu)解。仿真實(shí)驗(yàn)表明本算法相比于同類算法能夠有效修補(bǔ)漏洞并兼顧節(jié)點(diǎn)能耗以及感知覆蓋率。
　　最后進(jìn)行了全文總結(jié)