混合无线传感网中可信信息覆盖空洞修补策略研究

发布时间：2020-06-02 23:37

【摘要】：无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)已广泛应用于环境监测和预报、医疗系统与健康护理、工业监测、精细农业等诸多领域。覆盖作为衡量WSN性能的重要指标,反映和刻画了一个区域被感测程度的优劣。节点因自身能量的匮乏而导致的失效和骤然发生的故障、物理攻击、恶劣的目标部署区域、及随机部署方式下的节点分布不均等都将会造成网络感知能力和通信能力的降低,从而产生覆盖空洞,影响网络的服务质量。本文着重研究包含静态传感器和移动传感器的混合无线传感器网络(Hybrid Wireless Sensor Networks,HSN)区域覆盖空洞修补问题。当目标感测区域出现覆盖空洞时,需要根据已检测出的空洞数目、位置和大小,设计高效的算法合理移动传感器节点前去修补,进而保证网络的覆盖质量。当前针对HSN中覆盖空洞修补的研究大多是基于简化且理想化的圆盘节点覆盖模型及其衍生和改进模型,这类研究没有充分考虑被感测区域中环境变量自身的空间相关性,也未考虑通过节点之间的协同感测来修补空洞,且计算量大,节点数目、能量消耗等成本高,在一定程度上造成了传感器节点资源的浪费。本文采用一种新的可信信息覆盖(Confident Information Coverage,CIC)模型作为节点覆盖模型,根据已检测出的CIC空洞的位置、数目和大小,考虑了传感器节点自身的能量特性以及修补的目标要求,设计高效可行的集中式和分布式CIC空洞修补算法,旨在提高和优化混合无线传感器网络的覆盖质量和延长网络寿命。本文对两种算法进行了一系列仿真实验,实验结果表明,本文提出的两种方案都能在有效修补CIC空洞的同时最小化移动节点的总移动能量消耗,或使移动节点在完成修补工作后的平均剩余能量最大化,或最小化移动节点的最大移动能量消耗,即两种方案能够满足覆盖要求和延长网络寿命。
【图文】：

系统结构图,系统结构图

.1.1 无线传感器网络无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)是由大量静止或移动的传感器点(Sensor Node,SN)以自组织和多跳的方式构成的无线网络，其目的是协作地感、采集、处理和传输网络监控区域内感知对象的相关信息，然后报告给管理者或察者[1][2]。随着物联网与各行业的广泛结合，WSN 作为物联网最重要的基础支撑技，得到了进一步的快速发展。在实际部 WSN 的部署中，通常是由飞行器将传感器节点随机抛撒在被感测区内，然后节点以无线通信的方式自组形成动态网络，，收集环境变量信息。传感器点是具有廉价、微型和电池供电等特点的感测装置，具备数据感知、采集、处理、信等能力[3][4]。传感器节点在工作时，将采集到环境变量信息进行处理，然后传送网关节点，再通过网关节点传输给基站，用于用户获取所需的数据。WSN 的网络统结构如图 1.1 所示。

传感器网络,应用图

从而限制其大规模应用[2]。在实际生活中，人们更倾向于采用由少数移动节点随机部署而组成的混合无线传感器网络(Hybrid wireleks，HSN)[5][6]。HSN 在工作时，静态传感器节点负责环境变量信息的动传感器遍历其感测范围的静止节点，当移动节点移动到静态节点点将收集的数据直接传输给移动节点或者通过有限次数的静态传感再传输到移动节点。与传统的 WSN 相比，HSN 可以尽可能多的覆能量节省方面更具有优势，具备良好经济性，较强的环境适应能力，从而使其得到大规模应用。无线传感器网络的发展与应用SN 技术是我国快速推进物联网广泛应用的首要着力点，应用广泛，2 所示。早在 1999 年，WSN 技术就被美国商业周刊列为 21 世纪最技术之一；2003 年，WSN 被列为改变世界的 10 大新技术之一。
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5;TP212.9

【参考文献】