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无线传感器网络覆盖算法研究与实现

作　者: 刘洋
导　师: 王如龙; 莫继红
学　校: 湖南大学
专　业: 软件工程
关键词: 无线传感器网络覆盖算法目标驱动型覆盖保持型剩余能量
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 43次
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内容摘要

无线传感器网络融合了传感器技术、嵌入式计算技术、微机电技术及无线通信技术等多种前沿领域的研究成果,是信息科学领域中的重要发展方向。覆盖问题是无线传感器网络研究的基本问题,是衡量网络服务质量的重要指标。只有网络对目标监测区域满足一定程度的覆盖,才能实现对目标监测区域的有效监测。由于传感器节点体积较小,携带的硬件资源有限,且采用电池供电方式,能量有限。如何提高网络能量效率、最大化网络生存周期是无线传感器网络覆盖问题研究的重点。本文深入讨论典型无线传感器网络覆盖算法的主要特征,以及它们的优点和不足。根据覆盖网络对目标事件的反馈,提出了一种将覆盖算法分为目标驱动型算法和覆盖保持型算法的分类方法。根据分类方法和所确定的算法性能指标,对几种流行覆盖算法进行了分类和对比分析。分析结果表明,覆盖保持型算法适用于大规模、事件频发型网络应用情况,目标驱动型算法适用于偶然事件监测等网络应用情况。本文针对基于节点剩余能量覆盖算法在均衡网络能量消耗和覆盖保持方面存在的不足,提出了一种改进的基于节点剩余能量覆盖算法。与原算法相比,改进算法优化了原算法中每一轮开始节点选取环节。在综合考虑节点覆盖值和网络能量均衡消耗因素的基础上,提出了新的开始节点选取机制。该算法主要特点是不依靠节点地理位置信息,网络中节点通过与邻居节点交换自身状态信息和能量值的大小竞选工作节点,使剩余能量值大的节点进入工作状态,其他节点则转入休眠状态。论文通过模拟实验,证明了改进算法在网络覆盖保持和网络能量均衡消耗等方面的有效性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
插图索引  10-11
附表索引  11-12
第1章绪论  12-24
  1.1 研究背景和意义  12-13
  1.2 无线传感器网络概述  13-17
    1.2.1 无线传感器网络发展历史  13-14
    1.2.2 无线传感器网络体系结构  14-15
    1.2.3 无线传感器网络特点  15-17
  1.3 无线传感器网络中的关键技术  17-18
  1.4 无线传感器网络应用现状  18-22
    1.4.1 军事领域  19
    1.4.2 环境监测  19-20
    1.4.3 建筑结构监测  20
    1.4.4 医疗卫生  20-21
    1.4.5 智能交通  21
    1.4.6 其他领域  21-22
  1.5 本文所做的主要工作  22-24
第2章无线传感器网络覆盖问题研究现状  24-36
  2.1 覆盖问题研究  24-26
  2.2 覆盖问题分类  26-29
    2.2.1 部署方式分类  26-27
    2.2.2 覆盖要求分类  27-29
  2.3 典型覆盖算法研究  29-35
    2.3.1 启发式不相交集算法  29-30
    2.3.2 启发式大约束下最低限度约束算法  30
    2.3.3 轮换活跃/休眠节点覆盖算法  30-31
    2.3.4 最坏与最佳情况覆盖  31-33
    2.3.5 暴露穿越覆盖  33
    2.3.6 连通传感器覆盖  33-35
  2.4 小结  35-36
第3章无线传感器网络覆盖算法分类研究  36-42
  3.1 引言  36
  3.2 相关覆盖算法  36-38
  3.3 覆盖算法分类  38-39
    3.3.1 覆盖保持型算法  38
    3.3.2 目标驱动型算法  38-39
  3.4 分类算法性能分析  39-41
    3.4.1 性能指标  39-40
    3.4.2 性能对比  40-41
  3.5 小结  41-42
第4章改进的基于节点剩余能量覆盖算法  42-52
  4.1 引言  42
  4.2 算法分析与改进  42-44
  4.3 改进的基于节点剩余能量覆盖算法  44-47
    4.3.1 网络模型  44-45
    4.3.2 问题分析  45
    4.3.3 改进算法的实现过程  45-47
    4.3.4 改进算法分析和说明  47
  4.4 仿真实验与性能分析  47-51
    4.4.1 模拟实验环境设置和参数  47-48
    4.4.2 覆盖率评价  48-50
    4.4.3 能耗性评价  50-51
  4.5 小结  51-52
结论  52-54
参考文献  54-58
致谢  58-60
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  60-61
附录B 攻读学位期间所参与的主要项目  61

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