發(fā)布時間：2020-04-30 09:32

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)是由大量微型、低成本無線傳感器節(jié)點所構(gòu)成的一種自組織網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前WSN被大量應(yīng)用于軍事、工農(nóng)業(yè)以及基礎(chǔ)設(shè)施等不同領(lǐng)域,并且可以部署在人員難以到達(dá)的危險區(qū)域,完成人類無法完成的工作。然而,當(dāng)自身因素或外界環(huán)境的影響導(dǎo)致節(jié)點失效時,網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測區(qū)域會出現(xiàn)覆蓋漏洞,無法實現(xiàn)全面監(jiān)測。為解決此問題,本文開展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)覆蓋漏洞修復(fù)算法的研究,在不增加外部節(jié)點的條件下,通過局部最優(yōu)的節(jié)點的位置微調(diào)實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)漏洞的修復(fù)。本文研究內(nèi)容主要包括以下三個方面:(1)針對覆蓋漏洞位置未知的情況,本文提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)連接圖的覆蓋漏洞檢測方法。通過連接每個傳感器節(jié)點得到網(wǎng)絡(luò)連接圖,利用目標(biāo)節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)連接圖的位置關(guān)系判斷該節(jié)點是否為漏洞邊緣節(jié)點,在得到所有漏洞邊緣節(jié)點后,即可計算得出覆蓋漏洞的位置。(2)提出了一種基于移動節(jié)點的覆蓋漏洞修復(fù)算法,考慮到節(jié)點能耗因素,該算法采用分布式方案以獲得局部最優(yōu)解。當(dāng)確認(rèn)覆蓋漏洞位置時,從漏洞鄰居節(jié)點中選取最合適的節(jié)點作為覆蓋漏洞的修復(fù)節(jié)點。在此過程中,兼顧待選漏洞修復(fù)節(jié)點的移動距離、冗余度以及剩余能量三方面性能指標(biāo),實現(xiàn)候選漏洞修復(fù)節(jié)點的優(yōu)化選取。(3)為進(jìn)一步優(yōu)化覆蓋漏洞修復(fù)后的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率問題,設(shè)計了一種漏洞修復(fù)節(jié)點移動軌跡規(guī)劃方法。充分考慮到失效節(jié)點自身冗余度等因素,讓漏洞修復(fù)節(jié)點移動至漏洞鄰居節(jié)點的交點處而不是移動至失效節(jié)點的位置。一方面可以提高漏洞修復(fù)節(jié)點的有效覆蓋面積,另一方面也有效減少網(wǎng)絡(luò)中的覆蓋冗余度,實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能的整體提升。利用MATLAB工具搭建仿真實驗環(huán)境,設(shè)置并選取不同仿真參數(shù),開展一系列仿真實驗對提出的網(wǎng)絡(luò)覆蓋漏洞修復(fù)算法的有效性進(jìn)行驗證,并與其他相關(guān)算法進(jìn)行對比。實驗結(jié)果表明:本文提出的基于移動節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)覆蓋漏洞修復(fù)算法在節(jié)點總移動距離、平均移動距離、節(jié)點剩余能量以及有效修復(fù)面積和覆蓋率等方面與其他算法相比具有一定優(yōu)勢。本文算法在不增加外部節(jié)點的條件下,使用網(wǎng)絡(luò)中已有節(jié)點進(jìn)行覆蓋漏洞的修復(fù),較好地保持了網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定和通信效率。
【圖文】：

部署更加靈活，節(jié)點也可以設(shè)置為具有移動性，并與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接。逡逑無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)中通常包括傳感器節(jié)點（Ｓｅｎｓｏｒｎｏｄｅ）、匯聚節(jié)點（Ｓｉｎｋ逡逑ｎｏｄｅ）和管理節(jié)點，它的組成結(jié)構(gòu)如圖２－１所示１３４］。傳感器節(jié)點是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)逡逑中基本功能單元，，它是一種微型嵌入式設(shè)備，傳感器主要由處理器單元、數(shù)據(jù)處逡逑理單元、通信傳輸單元以及能量管理單元構(gòu)成，它是具有監(jiān)測數(shù)據(jù)特點的采集、逡逑轉(zhuǎn)換設(shè)備，并具有數(shù)據(jù)的管理、處理和傳輸以及節(jié)點控制等功能。匯聚節(jié)點相當(dāng)逡逑于傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部與外部網(wǎng)絡(luò)連接的橋梁，可以接受來自外部網(wǎng)絡(luò)中的任務(wù)請求，逡逑也可以把無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)測獲取到的信息傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)中。網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點具逡逑有實時管理整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能，終端通過管理節(jié)點獲取所監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的所有數(shù)逡逑據(jù)。逡逑Ｊ邋，網(wǎng)絡(luò)接入方式邋＾邐？逡逑｛邐匯聚節(jié)點逡逑＾邋ｋｊ逡逑廣邋％監(jiān)測區(qū)域？廣、逡逑�。鲥澹ミ姡卞义希ㄟ姀S逡逑傳感器節(jié)點？邋Ａ邋NB／逡逑終端用戶管理節(jié)點逡逑圖２－１無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｗｉｒｅｌｅｓｓ邋ｓｅｎｓｏｒ邋ｎｅｔｗｏｒｋ逡逑許多傳感器節(jié)點部署在所需監(jiān)測區(qū)域的內(nèi)部或附近，每個通信節(jié)點都可以監(jiān)逡逑９逡逑

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)感知范圍內(nèi)，如有一片連續(xù)的區(qū)域沒有被任何傳感逡逑器節(jié)點的感知范圍所覆蓋，也即該區(qū)域內(nèi)的任何一點都不位于節(jié)點的感知覆蓋范逡逑圍內(nèi)，則這片未被監(jiān)測的區(qū)域就被稱為覆蓋漏洞，如圖２－２所示，黑色區(qū)域未被任逡逑何節(jié)點所覆蓋，則這片區(qū)域就是一個覆蓋漏洞［４６］。逡逑ｍｍ逡逑圖２－２覆蓋漏洞圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｃｏｖｅｒａｇｅ邋ｖｕｌｎｅｒａｂｉｌｉｔｙ邋ｍａｐ逡逑對于覆蓋漏洞而言，又分為閉合覆蓋漏洞和開放覆蓋漏洞［４７１。在傳感器網(wǎng)絡(luò)逡逑的目標(biāo)監(jiān)測范圍內(nèi)，如果存在一片區(qū)域沒有被任何傳感器節(jié)點的感知范圍所覆蓋，逡逑但與其相鄰的鄰居節(jié)點處于感知范圍內(nèi)，則該區(qū)域相當(dāng)于被一定數(shù)量的傳感器節(jié)逡逑點包圍形成一片封閉的區(qū)域，該區(qū)域被稱為閉合封閉漏洞。若其鄰居節(jié)點也未被逡逑其他傳感器節(jié)點感知范圍所覆蓋，則稱此區(qū)域為開放覆蓋漏洞。閉合覆蓋漏洞因逡逑為其周圍充滿了傳感器節(jié)點，常發(fā)生于網(wǎng)絡(luò)中心區(qū)域，而開放覆蓋漏洞則常發(fā)生逡逑于網(wǎng)絡(luò)模型的邊緣位置。逡逑無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于各個產(chǎn)業(yè)
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.5;TP212.9

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2645626