学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

无线传感器网络覆盖控制优化算法研究

作　者: 邢萧飞
导　师: 王国军; 李颉
学　校: 中南大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 无线传感器网络覆盖优化移动目标覆盖覆盖集覆盖度评估网络生命期
分类号: TP212.9
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
下　载: 210次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

无线传感器网络是一种集信息感知、采集、处理和传输为一体的网络系统,它将逻辑上的信息世界和客观上的物理世界联系在一起,正深刻地改变着人与自然的交互方式,因而被广泛地应用于军事、工业、农业、医疗和抢险救灾等领域。覆盖控制是无线传感器网络所提供服务质量的基本问题之一,其目的是利用部署的传感器节点来感知目标区域或目标对象,并达到所获取信息的有效性和完整性。覆盖控制决定了传感器网络对物理世界的感知能力,是推动传感器网络从理论走向应用的必经之路。本文研究的目的是针对以随机方式部署的无线传感器网络设计具有节能特征的网络覆盖优化算法和协议。主要是从覆盖率控制模型、多属性目标覆盖、网络多重覆盖以及移动目标的动态覆盖等方面展开研究,遵循提高网络的能量利用效率的设计准则,以达到实现一个能量高效的网络覆盖控制优化方案目的。本文的主要工作包括以下四个方面：(1)针对随机分布的网络覆盖控制问题研究,提出了基于概率的网络覆盖控制模型PCCM。考虑到网络边界效应影响,模型首先计算传感器节点位于网络内部及其边界两种情况下覆盖面积的期望值,进而得到节点总覆盖面积的期望值；根据用户对覆盖率的要求,依据条件概率分布函数计算得到所需要部署节点的数量。模型反映了网络覆盖率与部署节点数量、节点感知半径与监测区域面积之间的函数关系。在此基础上,依据随机图理论推导得到网络连通性的概率模型。PCCM模型可以指导用户对网络覆盖率及连通率等网络属性的控制。(2)针对异构传感器网络的多属性目标覆盖研究,利用线性规划工具将其建模为最优值覆盖集求解问题,提出了一种基于分簇结构的目标覆盖算法CTCA。其核心思想是依据节点的剩余能量的多少及感应能力的高低,在每个簇结构内求解局部最优覆盖集,然后在此基础上得到接近于最优解的全局覆盖集,最后调度节点相应的感应模块去覆盖其感知范围内同属性的目标。实验结果表明所提出的算法能够有效提高网络节点的能量利用效率,延长网络生存期。(3)针对无线传感器网络多重覆盖算法研究,借助于勒洛三角形的几何特征提出判断区域覆盖度的定理,并以此为基础设计了一个基于勒洛三角形的多重覆盖算法RTC。算法的核心思想是利用节点局部位置信息,通过在节点感应圆周上构造勒洛三角形和所提出的覆盖定理来判断网络的覆盖度,并根据网络节点的剩余能量的高低进行节点状态调度。实验数据分析表明RTC算法在确保网络覆盖质量的条件下能够有效减少网络中冗余节点的数量,从而提高网络能量利用效率。(4)针对移动目标的实时监测协议研究,提出了一个自适应移动目标动态覆盖协议。协议的主要思想是首先对移动目标周围的节点,利用竞争机制构造出一个动态覆盖组对目标定位与实时监测；然后利用所提出的目标移动位置预测模型及节点状态调度策略来更新该动态覆盖组,这样可以有效提高节点对目标实时监测的时效性和能量利用效率。最后,借助于节点自适应数据报告频率自调整机制而实现降低网络节点之间通信量的目的。实验数据分析表明所提出的协议在网络能量利用效率、目标定位精度等方面具有很好的性能表现。综上所述,本文针对无线传感器网络的节点覆盖控制问题提出了相应的解决方案,对于推动无线传感器网络的研究和实用化具有一定的理论意义和应用价值。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
图表索引  12-14
第一章绪论  14-24
  1.1 课题来源与研究背景  14-18
    1.1.1 课题来源  14
    1.1.2 无线传感器网络简述  14-16
    1.1.3 发展概况  16-18
  1.2 无线传感器网络覆盖控制问题概述  18-20
  1.3 主要研究目标与主要工作  20-22
  1.4 论文的组织结构  22-24
第二章无线传感器网络覆盖问题的相关研究  24-42
  2.1 计算几何中覆盖理论  24-26
  2.2 传感器节点感知模型  26-31
    2.2.1 圆周感知模型  27
    2.2.2 概率感知模型  27-28
    2.2.3 有向感知模型  28-31
  2.3 网络覆盖分类  31-33
    2.3.1 按节点部署方式分类  31-32
    2.3.2 按节点覆盖对象分类  32-33
  2.4 网络覆盖研究现状  33-40
    2.4.1 区域覆盖  33-37
    2.4.2 固定目标覆盖  37-38
    2.4.3 移动目标覆盖  38-40
  2.5 覆盖问题研究意义  40-41
  2.6 本章小结  41-42
第三章无线传感器网络覆盖控制概率模型  42-57
  3.1 引言  42-43
  3.2 相关工作  43-44
  3.3 网络模型与相关定义  44-46
    3.3.1 网络模型  44
    3.3.2 相关定义  44-45
    3.3.3 参数说明  45-46
  3.4 基于概率的网络覆盖控制模型  46-52
    3.4.1 网络覆盖控制模型  46-49
    3.4.2 网络连通模型  49-51
    3.4.3 模型应用示例  51-52
  3.5 模拟研究与结果分析  52-56
    3.5.1 评价标准  52-53
    3.5.2 不同网络规模下模型的性能对比  53-54
    3.5.3 边界效应影响  54-56
  3.6 本章小结  56-57
第四章基于分簇结构的多类型目标覆盖算法  57-76
  4.1 引言  57-59
  4.2 相关工作  59-60
  4.3 PTC问题建模  60-66
    4.3.1 网络模型  60-63
    4.3.2 相关定义  63
    4.3.3 PTC问题建模  63-66
  4.4 异构传感器网络基于分簇结构的目标覆盖算法  66-71
    4.4.1 算法基本思想  66
    4.4.2 算法实现步骤  66-68
    4.4.3 算法描述、分析及应用实例  68-71
  4.5 模拟研究与结果分析  71-75
    4.5.1 实验参数与评价标准  71-72
    4.5.2 实验结果与分析  72-75
  4.6 本章小结  75-76
第五章基于勒洛三角形的k度覆盖算法  76-92
  5.1 引言  76-78
  5.2 相关工作  78-79
  5.3 问题描述及分析  79-84
    5.3.1 网络模型  79-80
    5.3.2 相关定义  80-81
    5.3.3 网络k度覆盖条件及定理  81-84
  5.4 基于勒洛三角形的k度覆盖算法  84-88
    5.4.1 节点状态调度策略  84-85
    5.4.2 算法基本思想  85
    5.4.3 算法实现步骤  85-86
    5.4.4 算法描述与分析  86-88
  5.5 模拟研究与结果分析  88-91
    5.5.1 实验参数与评价标准  88-89
    5.5.2 实验结果与分析  89-91
  5.6 本章小结  91-92
第六章移动目标的动态覆盖协议研究  92-106
  6.1 引言  92-93
  6.2 相关工作  93-94
  6.3 系统模型  94-97
    6.3.1 模型假设  94-95
    6.3.2 节点参与动态覆盖权值  95-96
    6.3.3 节点状态转换  96-97
  6.4 自适应移动目标动态覆盖协议  97-102
    6.4.1 协议基本思想  97-98
    6.4.2 协议实现  98-100
    6.4.3 移动目标位置预测模型  100-101
    6.4.4 节点数据报告频率  101-102
  6.5 模拟研究与结果分析  102-105
    6.5.1 实验参数与评价标准  102-103
    6.5.2 实验结果与分析  103-105
  6.6 本章小结  105-106
第七章总结与展望  106-109
  7.1 研究工作总结  106-107
  7.2 进一步研究工作展望  107-109
参考文献  109-122
致谢  122-124
攻读博士学位期间主要研究成果  124-125

无线传感器网络覆盖控制优化算法研究

内容摘要

全文目录

相似论文