基于无线传感器网络的覆盖与连通问题的研究

论文摘要

物联网技术领域中的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是当今研究的热点问题之一,无线传感器网络是物联网技术领域的核心技术。WSN集成了传感器技术、无线通信技术、微电子技术、嵌入式以及分布式处理技术等,WSN在军事、环境科学、医疗健康、安全监视、生态环境监测、智能家居和其他商业领域都有着广阔的应用前景。其价值已经引起了各国政府、军事部门、研究机构和公司企业的高度重视。本文主要研究了WSN的覆盖与连通问题。在研究覆盖与连通问题之前,首先介绍了WSN的组成结构和网络特点；然后对WSN的应用领域进行了叙述,对国内外WSN的研究现状进行了概括；最后就WSN的覆盖与连通的研究意义进行了阐述。随之介绍了无线传感器节点及其结构、功能和特点,对网络的各种覆盖进行了分类。详细描述了点线面三种覆盖,并且介绍了覆盖性能指标和覆盖的某些理论。WSN一般由大量自供电的传感器节点组成,传感器节点一般依靠电池供电。电池电源是有限的,并且传感器节点一旦部置后,由于其工作环境等因素的限制就很难对电池进行充电或更换电池,这就使得WSN的寿命受到影响,从而不能长时间地使用。通过对WSN覆盖与连通问题的研究可以优化网络结构、延长网络寿命。为了延长网络的生存时间,本文以图论的知识体系为支撑介绍WSN的连通性,随之讲述了选路算法,根据网络节点的多跳传输特点,通过多跳矩阵的更新来进行相应的路由选择。然后把CPN选路算法与DSBR选路算法进行了比较分析,得出CPN选路算法较好。接下来在圆域覆盖的基础上研究了可化为蜂窝型的节点部署区域覆盖。最后在基于Voronoi图理论的基础上,就MCCS问题提出了自己的算法——一种近似最优连通覆盖集。通过基于Voronoi图的CVT算法可以求出目标区域的近似最优连通覆盖集,从而得出基于Voronoi图的覆盖网络的鲁棒性和抗毁性优于蜂窝型的覆盖网络。同时,在保证WSN正常工作的同时,节省网络的开销并且延长网络的存活时间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 无线传感器网络（WSN）概述
• 1.1.1 无线传感器网络的组成结构
• 1.1.2 无线传感器网络的特点
• 1.2 无线传感器网络的应用与研究现状
• 1.2.1 无线传感器网络的应用
• 1.2.2 无线传感器网络的研究状况
• 1.3 无线传感器网络覆盖与连通问题的研究意义
• 1.4 本文的组织结构
• 第2章 无线传感器网络覆盖问题的研究
• 2.1 无线传感器节点描述
• 2.1.1 传感器节点的结构和功能
• 2.1.2 节点硬件技术
• 2.1.3 传感器节点的特点
• 2.2 网络覆盖描述及其分类
• 2.2.1 无线传感器网络的覆盖问题描述
• 2.2.2 无线传感器网络的覆盖分类
• 2.3 覆盖性能指标
• 2.3.1 覆盖率
• 2.3.2 覆盖效率
• 2.3.3 漏检率
• 2.4 本章小结
• 第3章 无线传感器网络连通问题的研究
• 3.1 引言
• 3.2 图论理论在无线传感器网络连通性问题中的应用
• 3.2.1 连通性有关定义描述
• 3.2.2 单连通图、重连通图与关节点
• 3.2.3 邻接矩阵和可达矩阵
• 3.2.4 连通圈及定理
• 3.3 选路算法
• 3.4 仿真与分析
• 3.5 小结
• 第4章 基于节点部署与VORONOI图的覆盖连通问题研究
• 4.1 无线传感器网络节点感知模型
• 4.1.1 布尔感知模型
• 4.1.2 随机感知模型
• 4.2 随机抛撒下的节点部署
• 4.3 可化为蜂窝型的节点部署区域覆盖
• 4.3.1 圆域覆盖
• 4.3.2 蜂窝型覆盖
• 4.4 基于VORONOI图的连通覆盖集问题的研究
• 4.4.1 引言
• 4.4.2 问题描述
• 4.4.3 CVT算法
• 4.5 本章小结
• 总结
• 全文总结
• 未来工作及展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录