自主與受控移動傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋算法研究.pdf

1、移動傳感器網(wǎng)絡(luò)可以在監(jiān)視區(qū)域?qū)δ繕?biāo)實(shí)施不間斷的探測。傳感器節(jié)點(diǎn)配備震動、聲響、磁敏、紅外、圖像等傳感器，能對人員、輪式車輛、履帶車輛，甚至低空目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)探測，同時(shí)，各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)以自組織的方式動態(tài)組網(wǎng)，將感知到的目標(biāo)信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂贫?，提供精確的目標(biāo)信息。傳感器節(jié)點(diǎn)既可采取背負(fù)的方式，在確保網(wǎng)絡(luò)連通的情況下動態(tài)監(jiān)視（節(jié)點(diǎn)基于移動模型受控移動），也可預(yù)先布設(shè)在既設(shè)地域，借助節(jié)點(diǎn)的移動能力確保目標(biāo)感知的全域覆蓋（節(jié)點(diǎn)可規(guī)劃路徑自主移動）

2、。為此，論文圍繞受控移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的連通性覆蓋和自主移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的感知性覆蓋展開研究，主要工作和創(chuàng)新性成果包括以下內(nèi)容：
　?、籴槍κ芸匾苿觽鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)，本文基于漸進(jìn)空間分布理論，提出了隨機(jī)路點(diǎn)移動模型確保網(wǎng)絡(luò)連通的最小傳輸距離和節(jié)點(diǎn)數(shù)量間的約束性條件。首先證明了保證網(wǎng)絡(luò)連通的最小傳輸距離等于最小生成樹最長邊的長度，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)求解最小傳輸距離只需求解網(wǎng)絡(luò)移動模型下漸進(jìn)空間分布的最小值，然后得出隨機(jī)路點(diǎn)移動模型的漸進(jìn)空間分布最小值為

3、一個(gè)常數(shù)，取決于節(jié)點(diǎn)停頓時(shí)間和移動速度，從而最終求得確保網(wǎng)絡(luò)連通的最小傳輸距離和節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)之間的約束性關(guān)系。
　?、卺槍ψ灾饕苿觽鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的覆蓋問題，結(jié)合經(jīng)典的虛擬力方法，提出基于粒子均衡的傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋算法。算法引入了密度因子（定義為每個(gè)節(jié)點(diǎn)的本地密度和預(yù)期密度的比值）來加速節(jié)點(diǎn)布設(shè)的處理流程，并利用振蕩檢查和穩(wěn)態(tài)檢查兩種模式來確保節(jié)點(diǎn)的收斂性。為了確保算法在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的性能，將相鄰區(qū)域的概念由同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的兩倍感知范圍擴(kuò)展為相鄰節(jié)

4、點(diǎn)聯(lián)合感知范圍，使得節(jié)點(diǎn)在維護(hù)其相鄰節(jié)點(diǎn)最低限度通信鏈路的基礎(chǔ)上遠(yuǎn)離相鄰節(jié)點(diǎn)。
　?、坩槍ψ灾饕苿觽鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的覆蓋問題，本文綜合運(yùn)用分簇和點(diǎn)對點(diǎn)兩種模式，提出了基于模式判決的自適應(yīng)覆蓋算法。每個(gè)節(jié)點(diǎn)以分布式、自適應(yīng)的方式，根據(jù)其本地環(huán)境信息，包括本地節(jié)點(diǎn)的密度和剩余能量水平等，自行決定采用分簇模式還是點(diǎn)對點(diǎn)模式。如果本地密度接近于預(yù)期密度，則選擇分簇模式，否則采用點(diǎn)對點(diǎn)模式。對已經(jīng)具有合理密度的區(qū)域來說，內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)無需過多的移動來

5、改善覆蓋度和節(jié)點(diǎn)均勻度，其移動取決于相鄰節(jié)點(diǎn)的相對剩余能量。
　?、茚槍ψ灾饕苿觽鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)的覆蓋問題，本文將Voronoi圖解以一種能量高效的方式應(yīng)用在無線傳感器節(jié)點(diǎn)布設(shè)問題中，提出了基于最佳能量效用點(diǎn)的覆蓋算法。節(jié)點(diǎn)效用度量表示節(jié)點(diǎn)在其生命周期內(nèi)是否很好的在有效區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)感知，用于判斷每個(gè)節(jié)點(diǎn)達(dá)成能量高效的網(wǎng)絡(luò)覆蓋的程度高低。最佳能量效用點(diǎn)通過比較節(jié)點(diǎn)可能移動到的不同位置的效用增益來確定，這是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)從當(dāng)前位置移動到不同位置會引

6、發(fā)不同的能量消耗，最終的節(jié)點(diǎn)拓?fù)淇赡軙绊懲ㄐ拍芎摹１舅惴ㄖ?，最佳能量效用點(diǎn)的搜索以分布式方式執(zhí)行，一直執(zhí)行到本地Voronoi圖解的主控區(qū)域和感知區(qū)域的重疊區(qū)域達(dá)到某個(gè)預(yù)設(shè)的門限值為止。
　?、荼疚臋M向比較了自主移動傳感器網(wǎng)絡(luò)的三種覆蓋算法，發(fā)現(xiàn)了三個(gè)有價(jià)值的結(jié)論：一是任何一種算法都不會在所有場景中得到所有覆蓋性能度量的最佳值，而是各有優(yōu)劣，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該根據(jù)具體需求，分析對每個(gè)覆蓋性能度量指標(biāo)的要求，根據(jù)需求來選擇合適的算法