无线传感器网络中优化监控品质和网络生命期的栅栏覆盖算法研究

发布时间：2021-09-29 12:04

　　无线传感器网络（Wireless sensor networks,WSNs）以低成本、低耗电量以及易于部署等优点,被广泛地应用在各种领域中。覆盖问题作为无线传感器网络的一个基本问题,近年来一直是研究的热点。其中栅栏覆盖研究的是在边界地带中通过部署无线传感器网络实现对移动入侵目标的监测,在国防军事、危险区域监控等重要领域中有着广泛的应用。监控品质和网络生命期是衡量栅栏覆盖质量的两个主要指标。然而,由于栅栏覆盖应用的场景通常是面积广大的边界地带,部署的无线传感器网络规模也非常巨大,并且网络中的节点具有能量、计算能力、感测和通信能力有限等特点,因此,如何在资源有限的情况设计分布式的栅栏覆盖算法,以最大程度的优化防卫线的监控品质和网络生命期,是一个重要且具有挑战性的问题。针对这个问题,本文开展了相关研究,旨在设计高效的分布式栅栏覆盖算法,以最大化防卫线的监控品质,同时获得永久的网络生命期。本文的主要研究内容包括:（1）针对基于布尔式感测模型的栅栏覆盖算法无法保证监控品质的问题,本文在部署了普通电池供电的无线传感器网络中,提出了保证一种高效分布式栅栏覆盖算法（GSMS）,旨在以最少的传感器构建保... 

【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校

【文章页数】：139 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

典型的无线传感器网络结构

第一章绪论4(a)目标覆盖(b)区域覆盖(c)栅栏覆盖图1.2三种典型的覆盖类型Fig.1.2Threekindsoftypicalcoverage基于栅栏覆盖的特性可以看出，栅栏覆盖非常适合应用于边界区域的监控[33-35]。事件动态监控和安全监控是无线传感器网络非常重要的两大应用，通常在一个区域部署无线传感器网络就是为了监测该区域相关事件的动态发展，或者安全监控。因此栅栏覆盖有着广泛而重要的应用，例如在事件动态监控方面，栅栏覆盖可应用于污染区域的边界或者森林的边界，用于监控污染物的扩散或者火势的蔓延情况。在安全监控方面，栅栏覆盖可以应用在战场边界构建防卫线监控敌军袭击，或者在国家的边界构建防卫线检测非法入境等。1.2.2传感器节点感测模型研究栅栏覆盖问题和传感器节点的感测模型有很强的相关性，传感器节点的感测模型反应了传感器对目标感知的范围和能力，是进行栅栏覆盖问题研究的基矗通常将无线传感器网络的感测模型抽象成一个与传感器和目标之间欧式距离相关的函数。在无线传感器网络中，传感器节点的感测模型通常分为布尔式感测模型[36-38]，扇形感测模型[39-41]和概率感测模型[42-44]三类：

安徽大学博士学位论文5(1)布尔式感测模型布尔式感测模型，又被称为圆盘模型或者0-1模型。如图1.3所示为一个典型的布尔式感测模型。对于任意的传感器节点，绿色范围所示为传感器的感测范围，感测半径为。对于空间中的一点，若该点位于传感器的感测范围内，则目标位于该点被传感器探测到的概率为1，目标确定被传感器覆盖；反之，若该点位于传感器的感测范围外，则目标位于该点被传感器探测到的概率为0，目标确定不被传感器覆盖。若将传感器与点的欧氏距离记作(,)，将目标位于点时被传感器探测到的概率记作(,)，则布尔式感测模型可由以下函数表示：(,)={1(,)≤0(,)>(1.1)其中若传感器和点的空间位置坐标分别为(,)和(,)，则(,)的值可由下式计算：(,)=√()2+()2(1.2)布尔式感测模型是一种理想模型，分析和计算比较简单，常用于分析无线传感器网络的覆盖性能。图1.3布尔式感测模型Fig.1.3Booleansensingmodel(2)扇形感测模型扇形感测模型，又被称为有向型感测模型。不同于布尔式感测模型和概率感测模型，扇形感测模型假定传感器节点的感测范围具有方向性的特征，其感测范围为有一定角度范围限制的扇形区域，即传感器节点只对特定的方向具有感测能力，因此这类传感器被


本文编号：3413676