面向移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的三維覆蓋控制方法研究.pdf

1、20世紀(jì)90年代末期提出的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSNs)技術(shù)被預(yù)測為將會改變世界的重要新技術(shù),成為目前11r領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以其自組織性、動態(tài)性、可靠性和以數(shù)據(jù)為中心等特征,被廣泛應(yīng)用于國防、工業(yè)、醫(yī)療、家居等領(lǐng)域,并將逐漸深入到人類生活的各個領(lǐng)域。
　　 節(jié)點(diǎn)覆蓋問題是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)問題,影響著整個網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量。三維WSNs的覆蓋控制無法通過對現(xiàn)有成熟的

2、二維覆蓋方法進(jìn)行擴(kuò)維實(shí)現(xiàn),是研究覆蓋問題的一個難點(diǎn)。本文概述了三維覆蓋控制問題的研究進(jìn)展,綜述了現(xiàn)有的國內(nèi)外三維覆蓋控制方法,并對這些方法進(jìn)行了比較分析。在此基礎(chǔ)上,研究了移動節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)以及對覆蓋控制的環(huán)境要求,提出了三種面向移動節(jié)點(diǎn)的三維傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制算法。三種算法說明如下:
　　 1、針對簇首節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選取帶來的能耗不均衡問題,提出了一種能量有效的三維傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制方法。按照節(jié)點(diǎn)剩余可用能量、與鄰節(jié)點(diǎn)的距離以及連通度三

3、項(xiàng)的組合加權(quán)項(xiàng)大小來確定簇首節(jié)點(diǎn),在此基礎(chǔ)上進(jìn)行能量有效的深度調(diào)度,實(shí)現(xiàn)三維覆蓋控制,并研究了節(jié)點(diǎn)可移動情況下的該算法應(yīng)用情況。
　　 2、針對傳感器網(wǎng)絡(luò)存在覆蓋盲區(qū)以及節(jié)點(diǎn)冗余問題,提出了一種基于區(qū)域分割的三維傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制方法。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度的不同,采用覆蓋球體內(nèi)接正方體或外切立方體的方式對監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行分割,實(shí)現(xiàn)三維覆蓋控制,并驗(yàn)證了該覆蓋算法同樣適用于移動節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。
　　 3、針對覆蓋算法難以收斂到最優(yōu)的問題

4、,提出了一種基于改進(jìn)粒子群遺傳算法的三維傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制方法。對粒子群算法進(jìn)行并行化處理,并且與傳統(tǒng)遺傳算法相結(jié)合,應(yīng)用節(jié)點(diǎn)的三維坐標(biāo)模型以實(shí)現(xiàn)覆蓋控制,該方法對移動節(jié)點(diǎn)的配置可達(dá)到同樣的效果。
　　 最后,在Matlab7.1與VC平臺上對算法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,基于組合加權(quán)分簇的三維傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制方法在保證覆蓋度和連通度的前提下,降低了節(jié)點(diǎn)能耗,均衡了網(wǎng)絡(luò)能量,延長了網(wǎng)絡(luò)生存時間；基于區(qū)域分割的三維傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋