面向可信信息覆盖盲区修复的传感网中移动节点派遣策略研究

发布时间：2020-05-18 18:01

【摘要】：无线传感网为大部分实用的智能应用提供了强大的平台。因传感网部署时节点分布不均、能量消耗不平衡而出现的覆盖盲区,对传感网的服务质量(QoS)构成了极大挑战。服务质量具体考量了传感网的覆盖范围,能量,连接性和寿命。目前应用的移动边缘计算(MEC)可以提高传感网节点有限资源的利用效率,为应对传感网服务质量的挑战提供了新的视角。基于MEC和可信信息覆盖模型,本文重点研究如何解决移动边缘节点的调度问题,确保可信信息覆盖盲区的修复,算法目标在于最大化网络生命周期并同时保证传感网的连通性。针对覆盖盲区修复问题,设计了均衡节点能耗的修复算法,其为一种节点调度算法,在平衡各节点能耗的同时能自适应传感区域中障碍物的存在并移动。算法为每个可信信息覆盖盲区设定一个边界阈值来限制其能匹配的移动节点,同时使用合理的竞争匹配机制重复更新覆盖盲区的边界阈值,从而避免节点移动距离过长,各节点能耗相差过大。针对传感区域中存在的障碍物,选择使用Dijkstra算法求解节点绕过障碍物派遣的最短路径。为保证传感网的连通性,算法递归地在构造的无向图上执行广度优先搜索(BFS)查找所有断开连接的子图,并派遣移动边缘节点连接两相距最近的未连通子图,直至传感网络连接。本文第四章通过对本文平衡能量消耗算法与圆盘模型下的平衡算法,可信信息覆盖下的贪婪算法、随机算法的对比仿真,验证本文算法有着更优的性能体现。对于传感网的网络寿命,我们从静止节点数目、移动节点数目、感测区域大小、RMSE阈值大小不同四种情况进行仿真,发现可信信息覆盖下的平衡算法对比另三种算法,均有着一定的优越性;对于移动节点能耗维度的仿真,可信信息覆盖下的平衡算法在节点能耗标准差方面比另三种算法更小,节点能耗更均衡,从而延长了传感网整体寿命,达到预期目的。
【图文】：

尾端是可以感知和采集监控区域内目标对象有效信息的传感器。WSN 传感器节点通过无线方式通信形成一个多跳自组织网络，因此其网络设置灵活，设备位置可随时更改。由于物联网的鲁棒性好、扩展性强，及实时监测等特点，，其被广泛应用于各个智能化场景。在实际布置 WSN 时，考虑到覆盖、能量、网络连接性及网络寿命，其服务质量（quality of service，QoS）有两个关键因素：其一，大多数商业传感器节点由能量有限的电源提供能量，被用于节点的数据存储、数据计算及节点通信，将会严重影响到 WSN 的 QoS.；其二，在某些情况下，节点布置在环境恶劣，于工作人员危险的特殊环境中，这些特殊环境限制了传感器节点的布置，因此通常会通过无人机等飞行器将传感器节点随机布置在待监测区域（Field of Interest，FOI）。节点布置后，将对监测区域内的目标环境变量信息进行采集、处理，然后传送给网关节点，通过网关节点传递给基站，最终用户得到所需环境变量的信息[1][2]。其系统结构如图1.1。

图 1.2 圆盘覆盖模型和可变感测范围圆盘模型示意图 布尔扇形覆盖模型图 1.3 布尔扇形覆盖模型布尔扇区覆盖模型(有时称为扇区模型)也属于布尔覆盖模型,其灵感可能来自于定向摄像机。图1.3便展示了这样一个扇形模型，此扇区模型的覆盖函数由式(1-4)
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5;TP212.9

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本文编号：2670109