無線傳感器網(wǎng)絡可信信息覆蓋模型與控制研究.pdf

1、覆蓋反映和刻畫一個區(qū)域被感測程度的優(yōu)劣，它是度量無線傳感器網(wǎng)絡性能和服務質量的重要和關鍵指標之一，也是衡量一個無線傳感器網(wǎng)絡成功與否的關鍵因素之一。隨著無線傳感器網(wǎng)絡的興起和廣泛應用，覆蓋問題得到了廣泛的關注和研究。
　　覆蓋問題的解決很大程度上依賴于節(jié)點覆蓋模型。節(jié)點覆蓋模型作為覆蓋問題中的基礎研究問題和關鍵組成部分之一，主要通過傳感器節(jié)點與空間點或區(qū)域的幾何關系來刻畫傳感器節(jié)點的感測能力和感測質量。節(jié)點覆蓋模型與傳感器的種類以

2、及與傳感器網(wǎng)絡的具體應用有著密切的關系。
　　當前覆蓋問題的研究還存在以下一些不足之處：(1)當前絕大多數(shù)的覆蓋問題的研究還是基于圓盤覆蓋模型。圓盤覆蓋模型是一種過于簡化的模型，不能準確地反映傳感器感測功能與被感測環(huán)境變量之間的復雜關系；(2)當前的覆蓋模型對所依據(jù)的信號對象的建模過于簡單，沒有充分考慮到被感測環(huán)境變量本身所具有的空間相關性；(3)絕大多數(shù)研究工作只考慮了單模覆蓋問題，很少考慮多模覆蓋的情形。
　　為了解決上

3、述不足，本文基于無線傳感器網(wǎng)絡在實踐應用中的需求，從信息重建的視角出發(fā)，從以下三個方面展開了深入研究：
　　(1)提出了一種全新的節(jié)點覆蓋模型，即可信信息覆蓋模型。通過對環(huán)境變量的空間相關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、重建質量同重建點與其周圍的傳感器節(jié)點的幾何距離和幾何分布聯(lián)系起來。基于所提的可信信息覆蓋模型，面向應用需求，在確定性部署策略下可以確定完全可信信息覆蓋一個區(qū)域所需的節(jié)點數(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。仿真結果表明，基于可信信息覆蓋模型的隨機節(jié)點部署能夠大大降低節(jié)點密度。
　　(2)無線傳感器網(wǎng)絡的很多實際應用均有很苛刻的覆蓋精度要求，同時要求網(wǎng)絡有盡可能長的運行時間。本文基于可信信息覆蓋模型，設計了一種新穎的貪婪式節(jié)點調度算法來延長網(wǎng)絡的運行時間和壽命。該算法的核心思想是把部署的節(jié)點進行邏輯組合，分成數(shù)目最大的多組節(jié)點集合，每組節(jié)點集合在一個時間段內能提供網(wǎng)絡應用

5、所需的可信信息覆蓋。在一個時間段內，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)點負責完成，剩余所有節(jié)點進入休眠狀態(tài)，以節(jié)省能量。不同的節(jié)點集合輪流進入激活和工作狀態(tài)，以最大化網(wǎng)絡運行時間和壽命。仿真結果顯示，本文所提的節(jié)點調度算法能有效延長網(wǎng)絡運行時間和壽命，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問題（M2CIC），其目標是最大化無線傳感器網(wǎng)絡的運行壽命，

6、該網(wǎng)絡由隨機部署的裝配了多種感測單元的多模傳感器節(jié)點組成。通過建模把M2CIC問題抽象為一個多模集合覆蓋可信信息覆蓋問題（M2SC），并且從理論上嚴格地證明了它的NP完全性。為了解決M2SC問題，設計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單元被劃分和組織為一系列的覆蓋集合，每個覆蓋集合都能可信信息覆蓋整個隨機場中所有重建點上的所有環(huán)境變量。這些覆蓋集