無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋理論與資源優(yōu)化研究.pdf

1、隨著傳感器技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、通信技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，集信息感知、信息處理和信息傳輸于一體的多技術(shù)融合的領(lǐng)域——無線傳感器網(wǎng)絡(luò)——逐步進(jìn)入人們的視野。經(jīng)過十余年的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛用于環(huán)境監(jiān)測、電子醫(yī)療、農(nóng)牧業(yè)應(yīng)用和智能電網(wǎng)等多個(gè)領(lǐng)域。隨著世界范圍內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正滲透到人們生活的方方面面，改善著人們工作和生活方式。
　　 學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的巨大前景極為重視，紛紛投入人力物力進(jìn)行科

2、學(xué)研究。覆蓋問題作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基本問題之一，一直是研究者重點(diǎn)研究的對象?，F(xiàn)有研究往往從一般網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的角度來解決覆蓋問題。然而覆蓋關(guān)注的是網(wǎng)絡(luò)對部署區(qū)域的感知質(zhì)量，不同的應(yīng)用有不同的感知質(zhì)量要求，因此一般意義下的覆蓋問題求解方法用在一些具體場景中往往會偏于保守。基于這個(gè)思想，本文結(jié)合國際上最新科研成果，考慮各種場景中的覆蓋理論和資源優(yōu)化問題，針對具體的應(yīng)用提出相應(yīng)的求解算法。本文的主要貢獻(xiàn)有如下幾個(gè)方面:
　　 1)針對靜

3、態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)事件有效捕獲問題，提出了（q，p）周期性節(jié)點(diǎn)調(diào)度機(jī)制，并通過最優(yōu)化理論分別為同步網(wǎng)絡(luò)、異步網(wǎng)絡(luò)和區(qū)域同步網(wǎng)絡(luò)得出了最優(yōu)的周期調(diào)度（q*，p*）方案。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了節(jié)點(diǎn)協(xié)同休眠算法用來進(jìn)一步減少網(wǎng)絡(luò)中的冗余節(jié)點(diǎn)數(shù)目。
　　 2)針對靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)相關(guān)情形下的覆蓋問題，提出了基于貝葉斯推理的截?cái)嘭澙匪惴▉砬蠼鈫栴}，并理論證明了得到的解與最優(yōu)解之間的界。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式特性，進(jìn)一步提出了一個(gè)分

4、布式算法，并理論證明了該分布式算法能得到與集中式算法一樣的覆蓋性能。
　　 3)針對移動傳感器網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)事件有效捕獲問題，研究了節(jié)點(diǎn)移動性與事件捕獲性能之間的折中平衡關(guān)系。引進(jìn)了一個(gè)節(jié)點(diǎn)移動能耗模型，提出了一個(gè)能量使用的有效性指標(biāo)，并分析了不同效用函數(shù)下該指標(biāo)的解析表達(dá)式。
　　 4)針對代價(jià)有效的柵欄覆蓋問題，設(shè)計(jì)了一個(gè)周期調(diào)度算法。在此基礎(chǔ)上提出聯(lián)合利用節(jié)點(diǎn)的移動性和侵入者到達(dá)信息來提高柵欄覆蓋性能，設(shè)計(jì)了節(jié)點(diǎn)協(xié)同巡