基于空間相關性的無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋模型研究與設計.pdf

1、近10多年來，無線傳感器網(wǎng)絡由于其巨大的應用潛力和廣闊的發(fā)展前景，始終是學術研究的熱點問題。無線傳感器網(wǎng)絡與傳統(tǒng)計算機通信網(wǎng)絡的顯著區(qū)別是其所具有的信息感知能力，從而將我們身處的物理世界信息化。無線傳感器網(wǎng)絡的基本任務是對指定空間中的指定信息與事件進行感知與檢測。實現(xiàn)這一任務的前提是無線傳感器網(wǎng)絡有效地覆蓋目標空間。因此，覆蓋和檢測問題是無線傳感器網(wǎng)絡設計和應用中的基礎性和普遍性的問題之一。
　　目前對無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋和檢測問題

2、的研究形成了大量的理論成果，但是在無線傳感器網(wǎng)絡的實際應用中，大量的研究成果卻難以發(fā)揮良好的作用。多數(shù)研究未從無線傳感器網(wǎng)絡實際應用場景和需求出發(fā)，造成理論成果與應用需求脫節(jié)。
　　出現(xiàn)這種問題主要有兩個原因：
　　1）大部分的研究主要采用二元感知模型和純幾何運算等理想化的假設方法，沒有考慮環(huán)境噪聲的干擾和節(jié)點自身的不確定性因素。不能認為在感知范圍內的事件就一定會被傳感器節(jié)點檢測到，因此本文引入了考慮噪聲的概率模型。

3、　　2）沒有考慮待測數(shù)據(jù)與傳感器節(jié)點的空間特性。相鄰的傳感器節(jié)點都有可能接收到待測事件的信號，這些接收到的信號之間具有一定的關系，因此引入空間相關性。
　　首先根據(jù)空間相關性原理，在考慮噪聲的概率感知模型和信號在實際應用環(huán)境中的傳播模型的基礎上，利用統(tǒng)計檢測理論中的Neyman-Pearson定理，針對不同的被測數(shù)據(jù)及其信號特征，本文推導了均值檢測器、能量檢測器、最佳檢測器、協(xié)方差檢測器以及增強協(xié)方差檢測器的檢驗統(tǒng)計量公式和對應的

4、檢測門限值公式。然后本文在蒙特卡洛實驗的基礎上，對以上各種檢測器的單點獨立檢測和兩點聯(lián)合檢測進行了仿真實驗，計算檢測門限值和檢測概率，在概率感知模型的基礎上，實現(xiàn)了以上各種檢測器的單位覆蓋模型，并對各種檢測器的性能進行了分析對比。最后，在各種檢測器的單位覆蓋模型的基礎上，根據(jù)正六邊形網(wǎng)格劃分方法對全區(qū)域進行完全無縫覆蓋，計算了以上各種檢測器實現(xiàn)完全無縫覆蓋所需要的傳感器節(jié)點的數(shù)量，并分析和比較了各種檢測器的性能。實驗結果說明，兩點聯(lián)合檢