無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)覆蓋算法研究.pdf

1、隨著傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微電子機(jī)械系統(tǒng)和信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)逐漸成為研究熱點(diǎn)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由許多帶有有限能量的節(jié)點(diǎn)組成，被隨機(jī)部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)。節(jié)點(diǎn)一般具有數(shù)據(jù)采集、處理、無(wú)線通信和自動(dòng)組網(wǎng)的能力，節(jié)點(diǎn)之間互相協(xié)作完成復(fù)雜的監(jiān)測(cè)任務(wù)。探測(cè)到的數(shù)據(jù)通過(guò)多跳中繼方式發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)具有更大的處理能力，能夠進(jìn)一步處理信息或有更大的發(fā)送范圍，可以將信息送往遠(yuǎn)程中心進(jìn)行集中處理，使遠(yuǎn)程用戶(hù)能夠獲得信息。無(wú)線傳感器網(wǎng)

2、絡(luò)這些特點(diǎn)使它特別適合部署在惡劣環(huán)境和人不宜到達(dá)場(chǎng)所。 覆蓋是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的關(guān)鍵問(wèn)題，直接影響傳感器網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量和使用性能。按照監(jiān)測(cè)對(duì)象的不同，覆蓋分為區(qū)域覆蓋、目標(biāo)覆蓋和障礙覆蓋。本文主要針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量高效的目標(biāo)覆蓋問(wèn)題進(jìn)入了深入的討論研究。 首先，介紹了傳感器0-1感知模型和概率感知模型，提出了一種在高密度的傳感器網(wǎng)絡(luò)中達(dá)到要求的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率的情況下，通過(guò)實(shí)時(shí)改變每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的感知閾值去節(jié)省傳感器節(jié)點(diǎn)

3、的能量消耗的方法。論文基于概率感知模型分別提出了貪婪、改進(jìn)模擬退火和彈性網(wǎng)絡(luò)算法的傳感器網(wǎng)絡(luò)概率覆蓋算法，根據(jù)要求的覆蓋概率，經(jīng)過(guò)運(yùn)算得到每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的感知閾值調(diào)整調(diào)度表。通過(guò)仿真試驗(yàn)，對(duì)比了三種算法的性能和效率。仿真結(jié)果表明，貪婪算法求得的解最差，改進(jìn)模擬退火的解最好，彈性網(wǎng)絡(luò)的解略遜于改進(jìn)模擬退火，但其執(zhí)行速度最快，適合在處理能力不高的傳感器節(jié)點(diǎn)中執(zhí)行。 其次，介紹了和連通覆蓋相關(guān)的基本概念，定義了連接的最大生存時(shí)間的目標(biāo)

4、覆蓋問(wèn)題(CMLSC)和連接的最大生存時(shí)間的單目標(biāo)覆蓋問(wèn)題(CMLSTSC)。針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題首先提出了一個(gè)基于貪婪的啟發(fā)集中式算法--GCH算法，算法通過(guò)在當(dāng)前傳感器集合中搜尋關(guān)鍵傳感器節(jié)點(diǎn)建立一個(gè)目標(biāo)覆蓋集合，并且使用DFS或者BFS建立和匯聚節(jié)點(diǎn)的連通。然后又提出分布式啟發(fā)算法--DCH，算法分兩步實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的連通覆蓋：首先通過(guò)和鄰居節(jié)點(diǎn)交換覆蓋信息去決定自身的工作狀態(tài)，然后通過(guò)包含目標(biāo)和匯聚節(jié)點(diǎn)的最小生成樹(shù)去激活轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，從而形成

5、和匯聚節(jié)點(diǎn)連通的覆蓋集合。最后，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)表明，這兩種算法都能完成目標(biāo)的連通覆蓋，且DCH算法比GCH算法更有效的延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。 考慮到一般的定位方案不適用于低成本、低功耗要求的傳感器網(wǎng)絡(luò)的定位，但是解決覆蓋問(wèn)題的很多算法都基于一個(gè)所有的傳感器節(jié)點(diǎn)都精確的知道自身的位置的假設(shè)。提出了一個(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)輔助的定位算法。吸取了DV-Hop和RSSI算法的優(yōu)點(diǎn)，能量高效并且有一定精度的完成節(jié)點(diǎn)位置信息的獲取。通過(guò)使用得到的位置信息

6、，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的覆蓋監(jiān)測(cè)協(xié)議。仿真的結(jié)果表明，此覆蓋協(xié)議能可靠的覆蓋移動(dòng)的目標(biāo)，獲取目標(biāo)的位置，并且有效的延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，對(duì)于沒(méi)有定位手段而又需要監(jiān)測(cè)移動(dòng)目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)具有一定的實(shí)際意義。 最后，針對(duì)當(dāng)前覆蓋算法都需要精確的目標(biāo)位置信息這一在現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中很難實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，提出了一個(gè)分布式、位置無(wú)關(guān)的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)覆蓋調(diào)度算法。論文證明了采用隨機(jī)部署的傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)泊松點(diǎn)過(guò)程，分析了網(wǎng)絡(luò)覆蓋強(qiáng)度和節(jié)點(diǎn)部署密度之間的關(guān)系。