模型约束下的无线传感网覆盖优化技术研究

发布时间：2019-07-24 17:51

【摘要】：在无线传感器网络的研宄中，覆盖质量一直是研宄的关键问题之一，由于传感网部署环境的不同，每种不同部署环境和应用下的节点模型都具有鲜明的特性，本文主要针对不同模型约束下的无线传感器网络区域覆盖优化技术进行了研宄，分别对平面有向感知模型、立体感知模型、基于概率的平面有向感知模型和三维水下传感网模型进行了相关的区域覆盖优化研宄，通过建立合适的传感器覆盖模型和网络模型，对相关技术关键点给出相应的解决办法，改进覆盖优化算法，实现待监测区域覆盖率质量的提升，减少网络整体能量消耗，改善网络生存时间，并通过仿真和对比实验来验证算法的有效性。本文主要工作及创新点如下：(1)对平面覆盖中节点覆盖区域重叠的判定问题进行了研宄 重新定义了平面有向覆盖模型，分析并证明了传统的节点覆盖区域重叠判定依据对有向传感器模型是不适用的，提出运用跨立实验原理重新定义有向平面模型下感知区域重叠的判定标准。将新的判定标准运用至虚拟势场算法中，并对节点单次感知方向调整角度的计算方式进行了改进，通过仿真实验证明改进后的算法相比于同类算法具有更好的覆盖优化效果和算法收敛性。(2)通过引入覆盖影响因子对立体覆盖优化算法进行了改进 指出与平面有向覆盖模型相同，传统的节点覆盖区域重叠判断依据不适用于有向立体覆盖模型，给出了适用于有向立体覆盖模型的覆盖区域重叠判定依据，并通过仿真实验证明采用新的判定条件能够有效延长网络生存时间。其次分析并指出了传统对立体传感网的覆盖研宄中，算法运行后期覆盖率上下波动明显，节点频繁调整状态和位置的缺陷，提出利用覆盖影响因子和中心计算节点来进行相应改进的方法，通过仿真实验证明其对于待监测区域覆盖率和网络生存时丨司都有明显的改善，算法收敛性也有所提闻。(3)对基于概率模型运动方式可调的平面传感网覆盖优化进行了研宄 对基于概率模型的平面有向传感器进行了重新建模，给出了概率模型下的平面有向传感器节点质心位置的计算方法；其次，，通过仿真实验发现只考虑边界斥力时，边界区域的覆盖率会明显低于网络整体覆盖率，因此提出在待监测区域顶点处加入顶点作用力来减少边界覆盖率与整体覆盖率的差距；随后分析了传感器使用单一运动方式进行状态调整的弊端，提出利用优化加速度的概念来决策传感器的运动方式，使得传感器可根据当前网络状况，选择转动感知方向或沿当前感知方向进行平移。通过仿真实验证明了经过改进后的算法在待监测区域覆盖率和网络生存时间方面都有较大的改善。(4)在考虑边界效应的前提下，对基于冗余度模型的非同构三维水下传感网的覆盖优化进行了研宄 在三维水下传感网的研宄中，节点感知范围会受到环境和自身硬件因素影响而产生变化，要求节点完全同构是不现实的，而不考虑边界效应往往会造成实际部署的网络覆盖效果达不到预期效果。本文给出了一个水下传感器节点最大感知距离服从正态分布的节点模型，其次在考虑了边界效应的前提下，给出了三维水下传感网覆盖率期望值与节点部署数量关系的公式。基于最大感知距离服从正态分布的节点模型，推导出节点冗余度计算公式，使得节点可以仅根据其邻居节点的数量来判断自身是否属于冗余节点。基于以上分析，提出了一种基于冗余度计算模型与虚拟势场的三维水下传感网覆盖优化算法，并通过仿真实验验证了该算法相比于同类算法在节省网络能耗和提升待监测区域覆盖率方面都有一定优势。
【图文】：

IPAD算法运行时待监测区域覆盖情况

节点数N取值不同时的VCCT算法对比仿真结果
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP212.9;TN929.5

【参考文献】

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1 陶丹;马华东;刘亮;;基于虚拟势场的有向传感器网络覆盖增强算法[J];软件学报;2007年05期

本文编号：2518790