無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可信信息覆蓋模型與控制研究.pdf

1、覆蓋反映和刻畫一個(gè)區(qū)域被感測(cè)程度的優(yōu)劣，它是度量無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)質(zhì)量的重要和關(guān)鍵指標(biāo)之一，也是衡量一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)成功與否的關(guān)鍵因素之一。隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的興起和廣泛應(yīng)用，覆蓋問(wèn)題得到了廣泛的關(guān)注和研究。
　　覆蓋問(wèn)題的解決很大程度上依賴于節(jié)點(diǎn)覆蓋模型。節(jié)點(diǎn)覆蓋模型作為覆蓋問(wèn)題中的基礎(chǔ)研究問(wèn)題和關(guān)鍵組成部分之一，主要通過(guò)傳感器節(jié)點(diǎn)與空間點(diǎn)或區(qū)域的幾何關(guān)系來(lái)刻畫傳感器節(jié)點(diǎn)的感測(cè)能力和感測(cè)質(zhì)量。節(jié)點(diǎn)覆蓋模型與傳感器的種類以

2、及與傳感器網(wǎng)絡(luò)的具體應(yīng)用有著密切的關(guān)系。
　　當(dāng)前覆蓋問(wèn)題的研究還存在以下一些不足之處：(1)當(dāng)前絕大多數(shù)的覆蓋問(wèn)題的研究還是基于圓盤覆蓋模型。圓盤覆蓋模型是一種過(guò)于簡(jiǎn)化的模型，不能準(zhǔn)確地反映傳感器感測(cè)功能與被感測(cè)環(huán)境變量之間的復(fù)雜關(guān)系；(2)當(dāng)前的覆蓋模型對(duì)所依據(jù)的信號(hào)對(duì)象的建模過(guò)于簡(jiǎn)單，沒(méi)有充分考慮到被感測(cè)環(huán)境變量本身所具有的空間相關(guān)性；(3)絕大多數(shù)研究工作只考慮了單模覆蓋問(wèn)題，很少考慮多模覆蓋的情形。
　　為了解決上

3、述不足，本文基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在實(shí)踐應(yīng)用中的需求，從信息重建的視角出發(fā)，從以下三個(gè)方面展開(kāi)了深入研究：
　　(1)提出了一種全新的節(jié)點(diǎn)覆蓋模型，即可信信息覆蓋模型。通過(guò)對(duì)環(huán)境變量的空間相關(guān)性的建模和普通克里金重建函數(shù)的采用，可信信息覆蓋模型把重建精度、重建質(zhì)量同重建點(diǎn)與其周圍的傳感器節(jié)點(diǎn)的幾何距離和幾何分布聯(lián)系起來(lái)?；谒岬目尚判畔⒏采w模型，面向應(yīng)用需求，在確定性部署策略下可以確定完全可信信息覆蓋一個(gè)區(qū)域所需的節(jié)點(diǎn)數(shù)目及它們所處

4、的空間位置。此外，可信信息覆蓋模型還可以兼容經(jīng)典的圓盤覆蓋模型。仿真結(jié)果表明，基于可信信息覆蓋模型的隨機(jī)節(jié)點(diǎn)部署能夠大大降低節(jié)點(diǎn)密度。
　　(2)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的很多實(shí)際應(yīng)用均有很苛刻的覆蓋精度要求，同時(shí)要求網(wǎng)絡(luò)有盡可能長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間。本文基于可信信息覆蓋模型，設(shè)計(jì)了一種新穎的貪婪式節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法來(lái)延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行時(shí)間和壽命。該算法的核心思想是把部署的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行邏輯組合，分成數(shù)目最大的多組節(jié)點(diǎn)集合，每組節(jié)點(diǎn)集合在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)能提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

5、所需的可信信息覆蓋。在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)，環(huán)境變量的重建和可信信息覆蓋只由一組處于激活和工作狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)完成，剩余所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，以節(jié)省能量。不同的節(jié)點(diǎn)集合輪流進(jìn)入激活和工作狀態(tài)，以最大化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間和壽命。仿真結(jié)果顯示，本文所提的節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法能有效延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間和壽命，并且性能要優(yōu)于其它兩種典型的同類算法。
　　(3)基于可信信息覆蓋模型，本文提出了多?？尚判畔⒏采w問(wèn)題（M2CIC），其目標(biāo)是最大化無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行壽命，

6、該網(wǎng)絡(luò)由隨機(jī)部署的裝配了多種感測(cè)單元的多模傳感器節(jié)點(diǎn)組成。通過(guò)建模把M2CIC問(wèn)題抽象為一個(gè)多模集合覆蓋可信信息覆蓋問(wèn)題（M2SC），并且從理論上嚴(yán)格地證明了它的NP完全性。為了解決M2SC問(wèn)題，設(shè)計(jì)了兩種能提高能量效率的啟發(fā)式算法：集中式貪婪算法CGHA和分布式貪婪算法DGHA。在CGHA和DGHA中，不同模式的傳感器感測(cè)單元被劃分和組織為一系列的覆蓋集合，每個(gè)覆蓋集合都能可信信息覆蓋整個(gè)隨機(jī)場(chǎng)中所有重建點(diǎn)上的所有環(huán)境變量。這些覆蓋集