本文選題：無線傳感網(wǎng)絡(luò)　切入點：Voronoi　出處：《東華大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：當(dāng)前隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展人類信息獲取高度智能化,無線傳感網(wǎng)絡(luò)得到高度的重視和研究。無線傳感網(wǎng)絡(luò)在我們的生活中扮演著越來越重要的角色,特別是在地震、森林火災(zāi)等自然災(zāi)害對災(zāi)情信息的獲取給我們帶來巨大便利。無線傳感網(wǎng)絡(luò)作為一種以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò),覆蓋是衡量傳感網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)之一,因此對覆蓋問題的研究具有重要的意義。本文以傳感節(jié)點隨機分布在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)為研究場景,研究了傳統(tǒng)的全向傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題和定向傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題,充分利用Delaunay和Voronoi來設(shè)計覆蓋提高算法。全向傳感網(wǎng)絡(luò)中研究由靜態(tài)節(jié)點和移動節(jié)點組成的混合網(wǎng)絡(luò)的覆蓋問題。節(jié)點的隨機分布導(dǎo)致覆蓋空洞的產(chǎn)生,由靜態(tài)節(jié)點估算覆蓋空洞并計算出輔助點具體位置,然后命令移動節(jié)點去修復(fù)漏洞。本文做了以下工作:a)引入Delaunay幾何圖形,由靜態(tài)節(jié)點構(gòu)成三角網(wǎng)在每個三角形內(nèi)估算覆蓋空洞,根據(jù)覆蓋空洞計算輔助點個數(shù),并設(shè)計了一套節(jié)點部署策略;b)設(shè)計覆蓋空洞修復(fù)算法。定向傳感網(wǎng)絡(luò)中我們利用節(jié)點移動和旋轉(zhuǎn)特性設(shè)計覆蓋提高算法,定向傳感網(wǎng)絡(luò)的覆蓋不同于全向傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋,其覆蓋受到節(jié)點坐標(biāo)、傳感半徑、傳感器工作方向以及視角的影響。把隨機分布的節(jié)點按照Voronoi原理劃分成多個網(wǎng)格,把整個區(qū)域的覆蓋問題轉(zhuǎn)化成每個網(wǎng)格內(nèi)的覆蓋優(yōu)化問題。本文引入傳感節(jié)點的兩個虛擬輔助點,節(jié)點根據(jù)判斷兩個輔助節(jié)點是否在網(wǎng)格內(nèi)做出移動或則旋轉(zhuǎn)的決定。定向傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋中設(shè)計了三種覆蓋優(yōu)化算法:a)基于Voronoi頂點的網(wǎng)格內(nèi)節(jié)點移動覆蓋優(yōu)化算法。該算法主要利用節(jié)點的移動特性,根據(jù)判斷輔助點是否在當(dāng)前網(wǎng)格內(nèi)(即傳感節(jié)點在當(dāng)前網(wǎng)格內(nèi)是否得到完整覆蓋)做出移動的決定,節(jié)點移動軌跡始終限定在當(dāng)前網(wǎng)格,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化較小;b)基于Voronoi頂點的網(wǎng)格內(nèi)旋轉(zhuǎn)工作方向提高算法。該算法利用節(jié)點旋轉(zhuǎn)特性有效控制節(jié)點的工作方向,以旋轉(zhuǎn)最小的角度達(dá)到在當(dāng)前網(wǎng)格內(nèi)取得最大化覆蓋的目的;c)基于邊界的旋轉(zhuǎn)算法,該算法提高了邊界節(jié)點有效覆蓋率和傳感節(jié)點的利用率。本文著重研究了全向傳感網(wǎng)絡(luò)和定向傳感網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域覆蓋問題,通過引入Delaunay和Voronoi兩種經(jīng)典幾何圖形來進行算法的設(shè)計,并使用Matlab進行仿真試驗,且與其他已存在的相關(guān)算法進行比較。最后論文做出了總結(jié)展望,并指出了本文有待解決和完善的問題及進一步需要開展的工作
[Abstract]:With the rapid development of science and technology, wireless sensor network (WSN) has been paid more and more attention and research. Wireless sensor network (WSN) plays a more and more important role in our life, especially in earthquake. Natural disasters such as forest fires bring us great convenience to obtain disaster information. As a data-centric network, wireless sensor network (WSN) is one of the important standards to measure the quality of service of WSN. Therefore, it is of great significance to study the coverage problem. In this paper, the traditional omnidirectional sensor network coverage problem and the directional sensor network coverage problem are studied based on the random distribution of sensor nodes in the monitoring area. In omnidirectional sensor networks, the coverage problem of hybrid networks composed of static nodes and mobile nodes is studied. The random distribution of nodes leads to the generation of coverage voids. The overlay holes are estimated by the static nodes and the specific position of the auxiliary points is calculated, and then the mobile nodes are ordered to fix the holes. In this paper, the following work is done: a) the Delaunay geometry is introduced. A triangulation network composed of static nodes is used to estimate the coverage holes in each triangle, and the number of auxiliary points is calculated according to the coverage holes. We design an algorithm for repairing coverage holes in directional sensor networks using the characteristics of node movement and rotation. The coverage of directional sensor networks is different from that of omnidirectional sensor networks. The coverage is affected by the coordinate of the node, the radius of the sensor, the working direction of the sensor and the angle of view. The randomly distributed nodes are divided into several meshes according to the Voronoi principle. The coverage problem of the whole region is transformed into the coverage optimization problem in each grid. In this paper, two virtual auxiliary points of sensor nodes are introduced. Nodes decide whether to move or rotate in the grid according to the decision of the two auxiliary nodes. Three coverage optimization algorithms: a Voronoi vertex based mobile coverage algorithm for nodes in the grid is designed in the coverage of directed sensor networks. The algorithm mainly utilizes the mobility characteristics of nodes, Based on the decision to determine whether the auxiliary point is moving within the current grid (that is, whether the sensor node is completely covered in the current grid), the node trajectory is always limited to the current grid. Based on the Voronoi vertex, the algorithm of improving the working direction of the grid rotation is proposed. The algorithm effectively controls the working direction of the nodes by using the rotation characteristics of the nodes. A boundary based rotation algorithm is used to maximize coverage in the current grid at a minimum rotation angle. This algorithm improves the effective coverage of boundary nodes and the utilization of sensor nodes. In this paper, the region coverage problem of omnidirectional sensor networks and directional sensor networks is studied, and the algorithm is designed by introducing two classical geometric figures, Delaunay and Voronoi. Finally, the paper makes a summary and prospects, and points out the problems to be solved and improved in this paper and the further work to be done.
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP212.9;TN929.5

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本文編號：1698477