【摘要】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSN)已廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)、醫(yī)療系統(tǒng)與健康護(hù)理、工業(yè)監(jiān)測(cè)、精細(xì)農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域。覆蓋作為衡量WSN性能的重要指標(biāo),反映和刻畫(huà)了一個(gè)區(qū)域被感測(cè)程度的優(yōu)劣。節(jié)點(diǎn)因自身能量的匱乏而導(dǎo)致的失效和驟然發(fā)生的故障、物理攻擊、惡劣的目標(biāo)部署區(qū)域、及隨機(jī)部署方式下的節(jié)點(diǎn)分布不均等都將會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)感知能力和通信能力的降低,從而產(chǎn)生覆蓋空洞,影響網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。本文著重研究包含靜態(tài)傳感器和移動(dòng)傳感器的混合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Hybrid Wireless Sensor Networks,HSN)區(qū)域覆蓋空洞修補(bǔ)問(wèn)題。當(dāng)目標(biāo)感測(cè)區(qū)域出現(xiàn)覆蓋空洞時(shí),需要根據(jù)已檢測(cè)出的空洞數(shù)目、位置和大小,設(shè)計(jì)高效的算法合理移動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)前去修補(bǔ),進(jìn)而保證網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量。當(dāng)前針對(duì)HSN中覆蓋空洞修補(bǔ)的研究大多是基于簡(jiǎn)化且理想化的圓盤(pán)節(jié)點(diǎn)覆蓋模型及其衍生和改進(jìn)模型,這類(lèi)研究沒(méi)有充分考慮被感測(cè)區(qū)域中環(huán)境變量自身的空間相關(guān)性,也未考慮通過(guò)節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)同感測(cè)來(lái)修補(bǔ)空洞,且計(jì)算量大,節(jié)點(diǎn)數(shù)目、能量消耗等成本高,在一定程度上造成了傳感器節(jié)點(diǎn)資源的浪費(fèi)。本文采用一種新的可信信息覆蓋(Confident Information Coverage,CIC)模型作為節(jié)點(diǎn)覆蓋模型,根據(jù)已檢測(cè)出的CIC空洞的位置、數(shù)目和大小,考慮了傳感器節(jié)點(diǎn)自身的能量特性以及修補(bǔ)的目標(biāo)要求,設(shè)計(jì)高效可行的集中式和分布式CIC空洞修補(bǔ)算法,旨在提高和優(yōu)化混合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量和延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。本文對(duì)兩種算法進(jìn)行了一系列仿真實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的兩種方案都能在有效修補(bǔ)CIC空洞的同時(shí)最小化移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的總移動(dòng)能量消耗,或使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在完成修補(bǔ)工作后的平均剩余能量最大化,或最小化移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的最大移動(dòng)能量消耗,即兩種方案能夠滿(mǎn)足覆蓋要求和延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。
【圖文】：

.1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSN)是由大量靜止或移動(dòng)的傳感器點(diǎn)(Sensor Node,SN)以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，其目的是協(xié)作地感、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)感知對(duì)象的相關(guān)信息，然后報(bào)告給管理者或察者[1][2]。隨著物聯(lián)網(wǎng)與各行業(yè)的廣泛結(jié)合，WSN 作為物聯(lián)網(wǎng)最重要的基礎(chǔ)支撐技，得到了進(jìn)一步的快速發(fā)展。在實(shí)際部 WSN 的部署中，通常是由飛行器將傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)拋撒在被感測(cè)區(qū)內(nèi)，然后節(jié)點(diǎn)以無(wú)線通信的方式自組形成動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，，收集環(huán)境變量信息。傳感器點(diǎn)是具有廉價(jià)、微型和電池供電等特點(diǎn)的感測(cè)裝置，具備數(shù)據(jù)感知、采集、處理、信等能力[3][4]。傳感器節(jié)點(diǎn)在工作時(shí)，將采集到環(huán)境變量信息進(jìn)行處理，然后傳送網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，再通過(guò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)傳輸給基站，用于用戶(hù)獲取所需的數(shù)據(jù)。WSN 的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示。

從而限制其大規(guī)模應(yīng)用[2]。在實(shí)際生活中，人們更傾向于采用由少數(shù)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署而組成的混合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Hybrid wireleks，HSN)[5][6]。HSN 在工作時(shí)，靜態(tài)傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)環(huán)境變量信息的動(dòng)傳感器遍歷其感測(cè)范圍的靜止節(jié)點(diǎn)，當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到靜態(tài)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)將收集的數(shù)據(jù)直接傳輸給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)或者通過(guò)有限次數(shù)的靜態(tài)傳感再傳輸?shù)揭苿?dòng)節(jié)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的 WSN 相比，HSN 可以盡可能多的覆能量節(jié)省方面更具有優(yōu)勢(shì)，具備良好經(jīng)濟(jì)性，較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，從而使其得到大規(guī)模應(yīng)用。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與應(yīng)用SN 技術(shù)是我國(guó)快速推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)廣泛應(yīng)用的首要著力點(diǎn)，應(yīng)用廣泛，2 所示。早在 1999 年，WSN 技術(shù)就被美國(guó)商業(yè)周刊列為 21 世紀(jì)最技術(shù)之一；2003 年，WSN 被列為改變世界的 10 大新技術(shù)之一。
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.5;TP212.9

【參考文獻(xiàn)】

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1 王珊;王慶生;樊茂森;;基于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋空洞修復(fù)方法[J];傳感器與微系統(tǒng);2015年04期

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5 王良民;李菲;秦穎;;基于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋洞修復(fù)方法[J];通信學(xué)報(bào);2011年04期

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本文編號(hào)：2693929