无线传感器网络中连通与覆盖控制算法研究

论文摘要

连通与覆盖控制是无线传感器网络的两个最基本的问题。连通是指网络中任意两个节点可以进行通信,这是节点自组织形成网络的前提。覆盖是指利用网络中的传感器节点对整个目标区域进行监测,从而达到信息采集的目的。本文首先对无线传感器网络的基本理论及国内外的研究进行了简要介绍。由于无线传感器网络中存在着大量冗余节点,且传感器节点能量有限,为了减少整个网络的能耗,本文提出了一种最小连通覆盖集求解算法,算法降低了网络覆盖冗余,减少了网络检测过程中的能量消耗,在不满足通信半径大于2倍感知半径的情况下,进一步提出了两种求解最小连通集的算法,虚拟半径调整的连通算法和基于最小生成树的连通算法。保证了通信半径和感知半径在任何比例下网络覆盖集的连通性。仿真实验表明,通过本文算法求解的连通覆盖集的节点数目相对较少了,并保证了整个工作节点网络的连通性。目前,大部分的无线传感器网络连通与覆盖算法都是依赖节点位置信息对节点进行冗余判断,忽略了节点的定位也需要浪费很多能耗的问题。为此,本文提出了一种无位置无关的覆盖控制算法,分析讨论了节点时钟异步对网络覆盖强度的影响,并通过在生成树中广播时间同步算法保证了工作节点网络的时间同步,减少了时间异步对网络覆盖强度的影响。通过实验仿真比较表明,该算法不依赖节点的位置信息,可以减少网络中工作节点,并保持网络的连通性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络概述
• 1.1.1 无线传感器网络概念和特点
• 1.1.2 无线传感器网络的应用
• 1.2 无线传感器网络结构
• 1.2.1 传感器节点结构
• 1.2.2 无线传感器网络体系结构
• 1.3 无线传感器网络连通与覆盖控制研究现状
• 1.4 课题来源和研究的主要内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 课题研究的主要内容
• 1.5 论文结构
• 第二章 无线传感器网络连通与覆盖控制概述
• 2.1 无线传感器网络的基本模型
• 2.1.1 感知原型
• 2.1.2 二元感知模型（BSM）
• 2.1.3 渐近式感知模型（ASM）
• 2.1.4 概率感知模型（PSM）
• 2.1.5 面向认知过程的感知模型（DSM）
• 2.2 无线传感器网络覆盖控制算法的主要指标
• 2.3 无线传感器网络连通与覆盖问题分析
• 2.3.1 无线传感器网络中的覆盖问题
• 2.3.2 无线传感器网络中的连通问题
• 2.4 本章小节
• 第三章 无线传感器网络最小连通覆盖集问题求解算法
• 3.1 最小连通覆盖集问题描述
• 3.2 平面Voronoi划分
• 3.3 无线传感器网络最小连通覆盖集求解算法
• 3.3.1 基于平面Voronoi划分的覆盖冗余判别方法
• 3.3.2 工作节点选取机制
• 3.3.3 无线传感器网络最小连通覆盖集求解算法描述
• 3.3.4 算法分析
• 3.4 最小连通集算法问题求解
• 3.4.1 虚拟半径调整的连通算法
• 3.4.2 基于最小生成树的连通算法
• 3.5 仿真分析
• 3.6 本章小节
• 第四章 一种与位置无关的覆盖控制算法
• 4.1 问题陈述与网络模型建立
• 4.1.1 场景描述与问题陈述
• 4.1.2 算法网络模型建立
• 4.2 时钟异步对网络覆盖强度的影响
• 4.3 与位置无关的覆盖控制算法
• 4.3.1 盲点的判断与消除机制
• 4.3.2 邻居节点集的建立
• 4.3.3 工作节点选择机制
• 4.3.4 生成树中广播时间同步算法
• 4.4 算法仿真结果与分析
• 4.4.1 覆盖强度与连通效果仿真
• 4.4.2 网络工作节点数仿真比较
• 4.5 本章小节
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果