【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)已廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測和預(yù)報、醫(yī)療系統(tǒng)與健康護理、工業(yè)監(jiān)測、精細農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域。覆蓋作為衡量WSN性能的重要指標,反映和刻畫了一個區(qū)域被感測程度的優(yōu)劣。節(jié)點因自身能量的匱乏而導(dǎo)致的失效和驟然發(fā)生的故障、物理攻擊、惡劣的目標部署區(qū)域、及隨機部署方式下的節(jié)點分布不均等都將會造成網(wǎng)絡(luò)感知能力和通信能力的降低,從而產(chǎn)生覆蓋空洞,影響網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。本文著重研究包含靜態(tài)傳感器和移動傳感器的混合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Hybrid Wireless Sensor Networks,HSN)區(qū)域覆蓋空洞修補問題。當(dāng)目標感測區(qū)域出現(xiàn)覆蓋空洞時,需要根據(jù)已檢測出的空洞數(shù)目、位置和大小,設(shè)計高效的算法合理移動傳感器節(jié)點前去修補,進而保證網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量。當(dāng)前針對HSN中覆蓋空洞修補的研究大多是基于簡化且理想化的圓盤節(jié)點覆蓋模型及其衍生和改進模型,這類研究沒有充分考慮被感測區(qū)域中環(huán)境變量自身的空間相關(guān)性,也未考慮通過節(jié)點之間的協(xié)同感測來修補空洞,且計算量大,節(jié)點數(shù)目、能量消耗等成本高,在一定程度上造成了傳感器節(jié)點資源的浪費。本文采用一種新的可信信息覆蓋(Confident Information Coverage,CIC)模型作為節(jié)點覆蓋模型,根據(jù)已檢測出的CIC空洞的位置、數(shù)目和大小,考慮了傳感器節(jié)點自身的能量特性以及修補的目標要求,設(shè)計高效可行的集中式和分布式CIC空洞修補算法,旨在提高和優(yōu)化混合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量和延長網(wǎng)絡(luò)壽命。本文對兩種算法進行了一系列仿真實驗,實驗結(jié)果表明,本文提出的兩種方案都能在有效修補CIC空洞的同時最小化移動節(jié)點的總移動能量消耗,或使移動節(jié)點在完成修補工作后的平均剩余能量最大化,或最小化移動節(jié)點的最大移動能量消耗,即兩種方案能夠滿足覆蓋要求和延長網(wǎng)絡(luò)壽命。
【圖文】：

.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)是由大量靜止或移動的傳感器點(Sensor Node,SN)以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)感知對象的相關(guān)信息，然后報告給管理者或察者[1][2]。隨著物聯(lián)網(wǎng)與各行業(yè)的廣泛結(jié)合，WSN 作為物聯(lián)網(wǎng)最重要的基礎(chǔ)支撐技，得到了進一步的快速發(fā)展。在實際部 WSN 的部署中，通常是由飛行器將傳感器節(jié)點隨機拋撒在被感測區(qū)內(nèi)，然后節(jié)點以無線通信的方式自組形成動態(tài)網(wǎng)絡(luò)，，收集環(huán)境變量信息。傳感器點是具有廉價、微型和電池供電等特點的感測裝置，具備數(shù)據(jù)感知、采集、處理、信等能力[3][4]。傳感器節(jié)點在工作時，將采集到環(huán)境變量信息進行處理，然后傳送網(wǎng)關(guān)節(jié)點，再通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點傳輸給基站，用于用戶獲取所需的數(shù)據(jù)。WSN 的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示。

從而限制其大規(guī)模應(yīng)用[2]。在實際生活中，人們更傾向于采用由少數(shù)移動節(jié)點隨機部署而組成的混合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Hybrid wireleks，HSN)[5][6]。HSN 在工作時，靜態(tài)傳感器節(jié)點負責(zé)環(huán)境變量信息的動傳感器遍歷其感測范圍的靜止節(jié)點，當(dāng)移動節(jié)點移動到靜態(tài)節(jié)點點將收集的數(shù)據(jù)直接傳輸給移動節(jié)點或者通過有限次數(shù)的靜態(tài)傳感再傳輸?shù)揭苿庸?jié)點。與傳統(tǒng)的 WSN 相比，HSN 可以盡可能多的覆能量節(jié)省方面更具有優(yōu)勢，具備良好經(jīng)濟性，較強的環(huán)境適應(yīng)能力，從而使其得到大規(guī)模應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用SN 技術(shù)是我國快速推進物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用的首要著力點，應(yīng)用廣泛，2 所示。早在 1999 年，WSN 技術(shù)就被美國商業(yè)周刊列為 21 世紀最技術(shù)之一；2003 年，WSN 被列為改變世界的 10 大新技術(shù)之一。
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.5;TP212.9

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 王珊;王慶生;樊茂森;;基于移動節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋空洞修復(fù)方法[J];傳感器與微系統(tǒng);2015年04期

2 葉苗;王宇平;魏靜萱;;基于多移動節(jié)點和遺傳算法的傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋修復(fù)策略[J];通信學(xué)報;2014年12期

3 黃月;吳成東;張云洲;程龍;夏志佳;;混合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋空洞修復(fù)策略[J];江南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年04期

4 南國芳;陳忠楠;;基于進化優(yōu)化的移動感知節(jié)點部署算法[J];電子學(xué)報;2012年05期

5 王良民;李菲;秦穎;;基于移動節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋洞修復(fù)方法[J];通信學(xué)報;2011年04期

6 胥楚貴;鄧曉衡;鄒豪杰;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋空洞修復(fù)策略[J];傳感技術(shù)學(xué)報;2010年02期

本文編號：2693929