无线传感器网络漏洞探测及重部署研究

论文摘要

覆盖是直接影响无线传感器网络性能和服务质量的关键因素之一,实现监控区域的有效覆盖是WSN设计时首先要考虑的问题。由于随机部署和节点能量损耗等原因造成覆盖漏洞问题会直接影响网络的有效覆盖,对无线传感器网络的覆盖漏洞进行探测和修复显得尤为重要。本文对无线传感器网络的覆盖漏洞和对其重新部署进行了研究。论文的主要工作和成果如下：针对实际应用中环境等因素对传感器节点探测模型产生的影响,提出了基于误警率的概率感知模型。基于无人机在无线传感器网络部署中准确性高、节省地面网络能量、不受复杂地形影响等优点,本文研究了基于无人机的漏洞探测和网络修复策略,并设计了无人机与无线传感器网络的体系结构和通信模型。本文对基于概率深度的重部署策略进行了研究。利用无人机中的数据中心建立被探测区域的覆盖概率场强图,根据设定的覆盖场强阈值探测漏洞边缘存在,并在节点通信半径之内的覆盖场强最低位置部署新增节点,完成网络修复。仿真结果表明,与随机部署、MAX_MIN_COV等部署算法比较,本文研究的策略能有效地完成网络修复。对基于几何剖分的重部署策略进行了研究。结合无人机生成了被探测区域的基于误警率的联合覆盖场强图,然后二值化覆盖场强图,形成了被探测区域的简化图,完成了漏洞探测。基于旅行商问题完成了无人机对覆盖漏洞修复的飞行路径规划。最后以Delaunay剖分算法完成了覆盖漏洞的修复。仿真结果表明,在新增节点较少的情况下,较好的完成了网络修复。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景、目的及意义
• 1.2 无线传感器网络概述
• 1.2.1 无线传感器网络结构
• 1.2.2 无线传感器网络关键技术
• 1.2.3 无线传感器网络特点
• 1.3 传感器网络部署问题的研究现状
• 1.3.1 国内研究现状
• 1.3.2 国外研究现状
• 1.4 主要研究内容及章节安排
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 章节安排
• 第2章 无线传感器网络节点部署与覆盖问题
• 2.1 无线传感器网络节点感知模型
• 2.1.1 0/1感知模型
• 2.1.2 概率探测模型
• 2.2 无线传感器网络覆盖及部署理论分析
• 2.2.1 覆盖问题分类
• 2.2.2 典型部署算法
• 2.2.3 网络部署评价标准
• 2.2.4 覆盖问题面临的挑战
• 2.3 无线传感器网络的覆盖漏洞分类
• 2.3.1 移动性无线传感器网络覆盖漏洞
• 2.3.2 混合性无线传感器网络覆盖漏洞
• 2.3.3 固定性无线传感器网络覆盖漏洞
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于概率深度的重部署策略研究
• 3.1 基于误警率的概率探测模型
• 3.2 无人机与无线传感器网络协同的研究
• 3.2.1 协同体系的设计
• 3.2.2 通信模型设计
• 3.3 覆盖漏洞边缘检测策略
• 3.3.1. 联合探测概率与丢失概率
• 3.3.2 覆盖率与覆盖场强
• 3.3.3 漏洞边缘位置确定
• 3.4 基于概率深度优先的重部署策略
• 3.4.1 单节点修复
• 3.4.2 多节点修复
• 3.5 仿真实验与结果分析
• 3.5.1 基于误警率的概率探测模型
• 3.5.2 传感器节点部署
• 3.5.3 性能数据评估与分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于几何剖分的重部署策略研究
• 4.1 覆盖漏洞检测策略
• 4.1.1 覆盖场强图的形成
• 4.1.2 覆盖漏洞覆盖场强图的二值化
• 4.1.3 二值化图像的腐蚀膨胀处理
• 4.1.4 覆盖漏洞边缘特征提取
• 4.2 基于Delaunay三角剖分重部署策略
• 4.2.1 漏洞修复路径规划
• 4.2.2 Delaunay三角剖分
• 4.2.3 新增节点的部署
• 4.3 仿真实验与结果分析
• 4.3.1 传感器节点部署
• 4.3.2 性能数据评估与分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 作者简介