傳感網(wǎng)覆蓋洞檢測(cè)和修復(fù)方法研究.pdf

1、隨著傳感器技術(shù)、微電子系統(tǒng)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信技術(shù)的飛速發(fā)展和日益成熟，傳感網(wǎng)(Wireless Sensor Network，WSN)逐漸被應(yīng)用于國(guó)防軍事、智能建筑、國(guó)家安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。然而，由于網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)部署，以及網(wǎng)絡(luò)能耗不均、攻擊和故障等使得部分節(jié)點(diǎn)過(guò)早死亡，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中部分區(qū)域形成覆蓋洞。覆蓋洞的出現(xiàn)，造成網(wǎng)絡(luò)的覆蓋度和連通性下降，嚴(yán)重地影響了網(wǎng)絡(luò)的性能。因此怎樣處理覆蓋空洞，使得傳感網(wǎng)在出現(xiàn)覆蓋空洞后可以恢復(fù)正常工作，是

2、目前應(yīng)當(dāng)考慮和解決的一個(gè)問(wèn)題。
　　 本文在綜合分析已有的傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋洞檢測(cè)和修復(fù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)容錯(cuò)的傳感網(wǎng)位置無(wú)關(guān)的分布式覆蓋洞檢測(cè)方法和基于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的傳感網(wǎng)覆蓋洞修復(fù)方法。然后利用MATLAB對(duì)算法進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)。最后采用基于TinyOS的TOSSIM模擬器仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)，進(jìn)一步驗(yàn)證了本文的覆蓋洞檢測(cè)和修復(fù)算法的正確性和有效性。
　　 本文主要工作如下：
　　 (1)研究了傳感網(wǎng)的特點(diǎn)，綜

3、述了傳感網(wǎng)中洞的基本概念與原理，在一定的網(wǎng)絡(luò)模型和覆蓋模型下，對(duì)現(xiàn)有的覆蓋洞檢測(cè)和修復(fù)方法進(jìn)行具體分析，為此重點(diǎn)介紹了幾類典型的檢測(cè)和修復(fù)方法，同時(shí)指出了覆蓋洞檢測(cè)和修復(fù)方法需要考慮的問(wèn)題。
　　 (2)提出容錯(cuò)的位置無(wú)關(guān)的分布式覆蓋洞檢測(cè)方法。該方法依靠節(jié)點(diǎn)和它-跳以內(nèi)鄰節(jié)點(diǎn)的通信信息，得出網(wǎng)絡(luò)局部區(qū)域內(nèi)的最大簡(jiǎn)化圖，并利用此拓?fù)鋱D確定該節(jié)點(diǎn)是否位于覆蓋洞邊緣。然后，基站收集處于覆蓋洞邊緣的節(jié)點(diǎn)信息，從而確定網(wǎng)絡(luò)中覆蓋洞的幾何

4、多邊形位置和大小。首先從幾何理論上證明該檢測(cè)算法，隨后以仿真實(shí)驗(yàn)分析了該算法的容錯(cuò)性，并從檢測(cè)率、正確率、錯(cuò)誤率和漏檢率等指標(biāo)，與相關(guān)工作進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析
　　 (3)提出了三角形貼片式逐步增加移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的修復(fù)方法。針對(duì)現(xiàn)有修復(fù)算法中新增節(jié)點(diǎn)利用率低和修復(fù)覆蓋冗余度高的問(wèn)題，文章采用移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)的思路。該方法利用覆蓋洞邊緣節(jié)點(diǎn)提供的輔助信息，指導(dǎo)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到“最佳”位置。首先從幾何理論上分析了最佳位置的存在條件，隨后證明了

5、在相關(guān)位黃部署移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以保證最低覆蓋率大于90％，最后以仿真實(shí)驗(yàn)分析了該算法的覆蓋度、穩(wěn)定性、冗余度等指標(biāo)，并從移動(dòng)節(jié)點(diǎn)覆蓋能力利用率的角度，與相關(guān)工作進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)分析。
　　 (4)采用基于TinyOS的TOSSIM模擬器仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)本文提出的覆蓋洞檢測(cè)和修復(fù)算法進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能模塊進(jìn)行了具體研究和分析。在該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，包括通信模塊、檢測(cè)模塊、修復(fù)模塊和顯示模塊，每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)功能，最終在TOSSIM中實(shí)