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无线传感器网络覆盖算法的研究

作　者: 付海涛
导　师: 柴乔林
学　校: 山东大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络 节点部署 多重覆盖 混合网络 虚拟力
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


无线传感器网络是一种低成本的、无基础设施的、分布式的自组织网络。它综合了传感器技术、网络通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术,是当前国际上备受关注的新兴热点领域。无线传感器网络在科学研究、交通管理、环境监测、国防军事等方面有着广阔的应用前景。它将为现代信息社会人们的工作和生活方式产生深远的影响。无线传感器网络一般是采用飞机播撒的方式,部署在人类难以到达的区域,因此,要想保证目标区域能够达到要求的覆盖质量,就需要选择一个合适的覆盖算法。由于节点是随机部署的,所以网络的分布一般不能达到人们预期的效果,而且目标区域是人类难以到达的地方,不可能进行人工移动,为此,一般采用移动节点和静止节点相结合的混合网络。在混合网络中,移动节点会在一定的规则下移动到相对稀疏的位置,使得网络分布相对均匀。为了获取目标区域的详细信息,无线传感器网络一般会采用多重覆盖。但是在实际应用中,整个目标区域可能不需要进行多重覆盖,只需要对热点区域进行多重覆盖即可；而且,对于不同的热点区域,根据其重要程度不同所需要的覆盖重数也有所不同；整个目标区域也可能不需要完全覆盖,只需要达到要求的覆盖质量要求即可。由此可见,保证目标区域的覆盖质量以及热点区域的任意覆盖是很有研究价值的。针对以上问题,本文提出了一种完全覆盖热点区域的多重覆盖算法。该算法首先根据目标区域的覆盖质量计算出所需要的移动节点和静止节点数目。随后,将传感器节点均匀部署到目标区域中,移动节点在虚拟力的作用下移动到合适的位置,使得热点区域能够被完全覆盖,整个目标区域的节点分布相对比较均匀。最后,本文采用Eclipse开发平台仿真了该算法,仿真结果显示,该算法具有良好的性能,达到了预期的目标。本文在前述的无线传感器网络理论基础之上进行了一次实践操作,实现了基于无线传感器网络的交通灯控制系统。该系统可以根据以往十字路口的交通流量,通过自学习算法,自动调整交通灯的变化时间。在特殊情况下,也可以进行人工控制。该系统使用方便、成本较低,具有良好的应用价值。

全文目录


摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第1章 绪论  11-15
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 国内外研究现状  12
  1.3 研究的目的及意义  12-13
  1.4 本文组织结构  13-15
第2章 无线传感器网络概述  15-20
  2.1 无线传感器网络概念  15-16
  2.2 无线传感器网络体系结构  16
  2.3 无线传感器网络通讯协议  16-17
  2.4 无线传感器网络特点  17-18
  2.5 无线传感器网络的未来趋势  18-19
  2.6 本章小结  19-20
第3章 无线传感器网络的覆盖理论  20-27
  3.1 无线传感器网络覆盖的基本问题  20-22
    3.1.1 覆盖控制简介  20
    3.1.2 感知模型  20-21
    3.1.3 覆盖的性能评价  21-22
  3.2 典型的覆盖控制算法  22-25
    3.2.1 点覆盖  23-24
    3.2.2 栅栏覆盖  24
    3.2.3 区域覆盖  24-25
  3.3 常见K重覆盖算法  25-26
  3.4 本章小结  26-27
第4章 完全覆盖热点区域的多重覆盖算法  27-50
  4.1 基于虚拟力的VFA算法  27-29
  4.2 算法的提出  29-30
  4.3 算法的设计  30-34
    4.3.1 节点部署  30-32
    4.3.2 网络覆盖  32-34
  4.4 算法的仿真与分析  34-49
    4.4.1 算法仿真实现  34-45
    4.4.2 仿真结果分析  45-48
    4.4.3 算法总结  48-49
  4.5 本章小结  49-50
第5章 基于无线传感器网络的交通灯控制系统  50-57
  5.1 交通灯控制系统的理论研究  50
  5.2 交通灯控制系统设计  50-54
    5.2.1 总体设计  50-52
    5.2.2 通信协议设计  52-53
    5.2.3 自学习算法设计  53-54
  5.3 交通灯控制系统的工作过程  54-56
    5.3.1 基于覆盖理论的应用  54
    5.3.2 交通灯控制系统的通信过程  54-56
  5.4 本章小结  56-57
第6章 总结与展望  57-59
  6.1 本文所做工作  57
  6.2 下一步工作  57-59
参考文献  59-63
致谢  63-64
攻读学位期间发表的学术论文目录  64-65
攻读学位期间参加的科研项目  65-66
学位论文评阅及答辩情况表  66

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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