无线传感器网络覆盖与节点部署问题研究

论文摘要

近年来,集成了传感器技术、微电子技术和无线通信技术的无线传感器网络已引起各国政府、研究机构和企业的高度关注,在军事、环境科学、医疗健康和其他商业领域都有着广阔的应用前景。本文主要研究了WSN的覆盖和节点部署问题。覆盖是无线传感器网络研究的基本问题之一。无线传感器网络一般由大量自供电的传感器节点组成,传感器节点一般依靠电池供电。电池电源是有限的,并且传感器节点一旦配置后,由于其工作环境等因素的限制就很难对电池进行充电或更换电池,这就使得无线传感器网络的寿命受到影响,从而不能长时间的使用。覆盖问题不仅能够保证无线传感器网络正常工作,而且还在很大程度上影响着整个网络的能耗、生存时间和服务质量等重要参数。因此,对WSN覆盖问题的研究是十分有意义的。节点部署是传感器网络设计考虑的第一步,是传感器网络正常工作的基础,只有将传感器节点在目标区域部署好,才能进一步进行其它的工作和优化。传感器节点的部署分为随机部署和人工部署,在一些特殊的应用环境中,必须人工部署。本文简要介绍了无线传感器网络的起源和研究背景,对目前国内外无线传感器网络的研究现状进行了分析,阐述了无线传感器网络的相关技术,总结了无线传感器网络的特点。论文介绍了无线传感器网络的几种覆盖模型,总结了无线传感器网络覆盖问题的分类,分析了几个典型算法的基本理论、实现方法和优缺点。然后利用所建立的数学模型,结合图论、概率论和统计学等方面的知识,提出了基于k覆盖度的覆盖控制算法,给出了节点覆盖度的计算公式。在现有算法的基础上,论文提出了一种基于蜂窝网格的传感器节点部署算法,并通过仿真实验证明了蜂窝网格在节点部署上能够最大化监测面积。对传感器网络内外层节点寿命进行了研究,从理论上提出了一种理想分布模型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 无线传感器网络概念及其研究意义
• 1.1.1 无线传感器网络
• 1.1.2 无线传感器网络的研究意义
• 1.2 无线传感器网络关键技术及其国内外研究现状
• 1.3 论文研究内容
• 1.4 论文组织结构
• 1.5 小结
• 第二章 无线传感器网络相关技术
• 2.1 无线传感器网络的体系结构
• 2.1.1 无线传感器网络的形成过程
• 2.1.2 网络体系结构
• 2.1.3 节点组成
• 2.2 无线传感器网络的特点
• 2.3 无线传感器网络的性能评价指标
• 2.4 小结
• 第三章 无线传感器网络覆盖算法和节点部署算法
• 3.1 无线传感器网络感知模型
• 3.2 无线传感器网络覆盖问题分类
• 3.2.1 区域覆盖
• 3.2.2 点覆盖
• 3.2.3 栅栏覆盖
• 3.3 无线传感器网络的节点部署
• 3.3.1 节点部署的评价指标
• 3.3.2 现有传感器节点部署算法
• 3.4 小结
• 第四章 无线传感器网络覆盖算法研究
• 4.1 典型的无线传感器网络覆盖控制算法
• 4.1.1 基于网格的传感器节点定位算法
• 4.1.2 连通传感器覆盖
• 4.1.3 Node Self-Scheduling覆盖控制算法
• 4.1.4 暴露穿越覆盖
• 4.1.5 最坏与最佳情况覆盖
• 4.2 基于K-覆盖度的传感器节点覆盖控制算法
• 4.2.1 算法假设
• 4.2.2 相关定义
• 4.2.3 基本原理
• 4.2.4 k覆盖中冗余节点的判断
• 4.2.5 盲区问题
• 4.2.6 算法流程图
• 4.2.7 算法的应用
• 4.2.8 算法总结
• 4.3 小结
• 第五章 无线传感器网络节点部署算法研究
• 5.1 传感器节点部署
• 5.2 一种基于蜂窝网格的传感器节点部署算法
• 5.2.1 问题描述
• 5.2.2 基于蜂窝网格的传感器节点部署
• 5.2.3 仿真环境和仿真流程图
• 5.2.4 仿真结果分析
• 5.2.5 算法的应用
• 5.2.6 算法总结
• 5.3 一种新的冗余节点部署算法
• 5.3.1 问题描述
• 5.3.2 传感器网络寿命
• 5.3.3 理想分布
• 5.3.4 算法流程图
• 5.3.5 随机分布
• 5.3.6 泊松分布
• 5.3.7 仿真分析
• 5.3.8 算法的应用
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间所取得的研究成果