無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量評(píng)價(jià)與優(yōu)化方法研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSNs）作為物聯(lián)網(wǎng)的最前端已經(jīng)廣泛應(yīng)用在國(guó)民生產(chǎn)生活的各個(gè)方面。覆蓋作為WSNs最基本也是最重要的問(wèn)題之一依然是人們研究的熱點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量的好壞直接決定了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)結(jié)果是否真實(shí)有效、監(jiān)測(cè)任務(wù)能否順利進(jìn)行。因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量的評(píng)價(jià)和優(yōu)化方法的研究就顯得十分必要了。
　　本論文針對(duì)上述問(wèn)題，以WSNs的覆蓋評(píng)價(jià)和優(yōu)化方法作為本文的研究對(duì)象，在總結(jié)前人的經(jīng)驗(yàn)和成果的基礎(chǔ)上對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了細(xì)致的探討與研究。研究工作主要內(nèi)容

2、與創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1.針對(duì)靜態(tài)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域覆蓋控制問(wèn)題，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)幾何特征的貪婪覆蓋算法。該算法避免了計(jì)算節(jié)點(diǎn)感知重合區(qū)域帶來(lái)的高計(jì)算量，轉(zhuǎn)而利用計(jì)算幾何方法對(duì)覆蓋質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)與優(yōu)化，大大降低了計(jì)算復(fù)雜度。算法采用每輪循環(huán)只新激活一個(gè)節(jié)點(diǎn)來(lái)盡可能提高節(jié)點(diǎn)的覆蓋效率，達(dá)到用盡可能少的節(jié)點(diǎn)覆蓋盡可能大的區(qū)域的目標(biāo)。仿真結(jié)果表明，該算法能迅速提高覆蓋率的同時(shí)降低節(jié)點(diǎn)的使用數(shù)量。
　　2.針對(duì)覆蓋評(píng)價(jià)問(wèn)題，提出了一

3、種新穎的叫做漏洞樹(shù)的覆蓋漏洞描述方法，它能更為準(zhǔn)確地刻畫(huà)出漏洞的位置、形狀和大小。與傳統(tǒng)的漏洞表述方法相比，漏洞樹(shù)探測(cè)結(jié)果修正了傳統(tǒng)描述方法的BUG，且更接近于真實(shí)漏洞的面積。仿真對(duì)比結(jié)果證實(shí)了漏洞樹(shù)描述方法的有效性與優(yōu)越性。
　　3.本文在混合傳感器網(wǎng)絡(luò)的背景下，利用可移動(dòng)傳感器針對(duì)覆蓋漏洞修補(bǔ)問(wèn)題提出了覆蓋漏洞剖分修補(bǔ)算法（DHT）。DHT首先對(duì)漏洞樹(shù)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行有效剖分，將一顆大型的漏洞樹(shù)按照一定的原則分割為若干子漏洞樹(shù)，再

4、對(duì)某些特定的子漏洞樹(shù)的關(guān)鍵位置加以修補(bǔ)達(dá)到漏洞修復(fù)的目的。該算法實(shí)行一套并行修補(bǔ)策略，每次計(jì)算出多個(gè)漏洞最佳修補(bǔ)位置，這樣可供多個(gè)可移動(dòng)節(jié)點(diǎn)同時(shí)開(kāi)始修補(bǔ)工作，縮短了漏洞修補(bǔ)時(shí)間。
　　4.網(wǎng)絡(luò)被突破的可能性也是覆蓋質(zhì)量的一種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。本文提出的另一種覆蓋漏洞修補(bǔ)方法——最大度修補(bǔ)算法（BDH）。它能提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量的同時(shí)減少網(wǎng)絡(luò)被突破的可能性。算法核心思想是優(yōu)先修復(fù)漏洞樹(shù)節(jié)點(diǎn)度數(shù)較大的位置，進(jìn)而減小漏洞分支的個(gè)數(shù)、提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)

5、量。
　　5.對(duì)有向傳感器網(wǎng)絡(luò)（DSNs）的覆蓋問(wèn)題進(jìn)行了研究。將有向傳感器的扇形感知模型化簡(jiǎn)為了三角模型，并確定了該模型的適用范圍為視場(chǎng)角小于45°。依據(jù)這一模型提出了一種分布式的貪婪覆蓋提升算法。這種方法基于每個(gè)節(jié)點(diǎn)本地計(jì)算得出的Voronoi圖，每個(gè)節(jié)點(diǎn)盡可能大的覆蓋自身Voronoi cell所處的區(qū)域并在此之上加入了傳感器間的覆蓋重合調(diào)整機(jī)制，進(jìn)一步減小感知重合面積增大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。值得注意的是算法考慮了機(jī)械運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的