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无线传感网络覆盖控制技术研究

作　者: 徐萍
导　师: 曾兴斌; 何加铭
学　校: 宁波大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线传感网络移动轨迹虚拟力感知模型
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 2次
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内容摘要

无线传感网络广泛的应用价值，受到外界极大的关注。传感器节点通过自组织方式构成网络，完成对环境数据的采集和监测。在工业、移动机器人、抗灾救险、军事等领域都具有十分重要的作用。然而覆盖控制技术作为无线传感网络研究的关键技术之一，决定网络服务性能，是推进无线传感网络从研究走向应用发展的必经之路。节点的高效利用对完成感知监测、获取完整信息以及降低数据冗余等都具有重要的意义。由于节点能量有限、动态性强、新应用不断涌现给覆盖控制技术的研究带来了多重挑战。本文主要围绕无线传感网络的覆盖控制技术的要求，针对现有覆盖控制算法存在的覆盖率、能量损耗以及网络负载均衡性等不足展开研究，并提出相应解决方案。主要研究工作包括以下几个方面：1.系统介绍无线传感网络的研究背景，基本概念和发展现状，研究典型覆盖控制算法，分析其存在问题。从节点感知模型出发，介绍目前主流的覆盖感知模型，并对已有研究成果进行分析。2.利用移动物体的轨迹概念，提出一种基于模糊轨迹策略的节点调度算法。将物体移动的方位角、速度作为物体轨迹的计算基础，通过模糊数学法分析轨迹的偏差量，结合PEAS算法的节点调度策略，提出一种新的簇头选举方案。根据对节点轨迹的推算结果，改变节点调度策略。该算法在网络监测、能耗及漏检问题上做出很大的改进。3.针对GAF算法在簇头选取、能耗等问题进行研究，本文将目标区域细化，然后以蜂窝节点为中心进行网格动态转换，提出一种基于虚拟单元格转换的节点调度算法，最后引入节点度的思想，减少热区现象。该算法不仅降低节点的平均能耗，同时还提高网络的负载能力。4.基于有向传感器节点监测特点，提出一种基于虚拟力的区域覆盖算法，首先根据物理模型，建立虚拟的合力模型，通过虚拟力的作用使质心做圆周运动，达到质心均匀分布的目的，将节点调度问题转化为质心有效分布问题，从而降低网络的重叠区域和盲区。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
引言  11-12
1 绪论  12-19
  1.1 研究背景  12
  1.2 无线传感网络基本概念  12-17
    1.2.1 无线传感网络结构  12-15
    1.2.2 无线传感网络应用  15-16
    1.2.3 国内外研究进展  16-17
  1.3 本文研究的主要内容  17
  1.4 本文组织结构  17-19
2 无线传感网络覆盖控制  19-28
  2.1 覆盖控制技术研究  19-20
    2.1.1 研究意义  19
    2.1.2 面临挑战  19-20
  2.2 覆盖控制性能评价标准  20-21
  2.3 覆盖控制问题分类  21-24
  2.4 传感器感知模型  24-27
    2.4.1 圆盘感知模型  24-25
    2.4.2 概率感知模型  25-26
    2.4.3 有向感知监测模型  26-27
  2.5 本章小结  27-28
3 基于移动轨迹覆盖控制算法  28-40
  3.1 引言  28
  3.2 PEAS 算法介绍  28-29
  3.3 节点调度策略分析  29-32
    3.3.1 监测概率定义  29
    3.3.2 模糊轨迹定义  29-30
    3.3.3 回退机制  30
    3.3.4 模型分解  30-32
  3.4 M-PEAS 算法  32-35
    3.4.1 算法思想  32
    3.4.2 具体算法描述  32-35
    3.4.3 性能分析  35
  3.5 仿真研究与分析  35-39
    3.5.1 网络剩余能量分析  36
    3.5.2 监测概率性能分析  36-37
    3.5.3 算法评价  37-39
  3.6 本章小结  39-40
4 能量有效的覆盖控制算法  40-55
  4.1 引言  40
  4.2 GAF 算法介绍  40-41
  4.3 动态虚拟单元格转换机制  41-47
    4.3.1 蜂窝栅格划分  41-43
    4.3.2 簇头位置分析  43-45
    4.3.3 单元格转换机制  45-47
  4.4 簇头选举策略  47-50
    4.4.1 节点度描述  47
    4.4.2 簇头选举机制  47-50
  4.5 仿真研究与分析  50-53
    4.5.1 节点能耗测试分析  50-52
    4.5.2 网络负载均衡测试与分析  52-53
  4.6 本章小结  53-55
5 基于虚拟力的有向传感器覆盖控制算法  55-69
  5.1 引言  55
  5.2 有向传感器网络覆盖控制问题  55-58
    5.2.1 有向感知模型  55-56
    5.2.2 节点覆盖问题  56-57
    5.2.3 最大区域覆盖  57-58
  5.3 基于虚拟力覆盖控制算法  58-61
    5.3.1 受力分析  59
    5.3.2 虚拟合力计算  59-60
    5.3.3 质心点移动规则  60-61
  5.4 算法描述  61-63
  5.5 仿真研究与分析  63-68
    5.5.1 算法性能分析  64-68
  5.6 本章小结  68-69
6 总结与展望  69-71
  6.1 论文工作总结  69-70
  6.2 展望  70-71
参考文献  71-78
在学研究成果  78-79
致谢  79

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