三维无线传感器网络节点重部署和目标定位问题研究

论文摘要

近年来,低电压微电子科技,无线通信技术和传感技术的进步极大地推动了无线传感器网络的发展,使其在军事侦察,区域探测等多个领域发挥着巨大的作用。本文在简单介绍无线传感器网络结构和应用后,重点讨论了网络节点重部署以及目标定位这两个与无线传感器网络应用密切相关的问题。对于网络节点重部署问题,本文设计了基于虚拟力的分布式算法。该算法定义了传感器受到的邻居节点斥力、期待覆盖区域中心吸引力和边界斥力。其后,该算法根据这些力的合力以及单位能耗因素求得传感器每次调整的目标位置。同时,本算法还给出了调整的终止条件以保证传感器能重部署至合理位置。通过理论论证和仿真实验表明,本文提出的重部署算法能使所有随机布撒的传感器节点在低耗能的情况下,进入期待覆盖区域并在该区域内自组织成一个具有高覆盖率和重连通性的网络拓扑,并能很好的解决区域中的障碍问题。此外,本文还以低耗能低误差为目标,设计了调度算法完成对进入网络目标的全程跟踪。在具体设计时,通过对跟踪流程的分析,本文采用动态子网的概念,将整个过程分为簇头选择,目标探测,目标定位和目标跟踪四个相互独立的阶段分别设计,并在最后简单阐述多目标同时出现时的分类算法。通过理论论证和仿真实验表明,相比于简单的全网激活和传统的固定子网策略,本算法在解决目标定位问题时有更好的性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络简介
• 1.1.1 无线传感器网络的体系结构
• 1.1.2 无线传感器网络特点
• 1.1.3 无线传感器网络的关键技术
• 1.2 无线传感器网络的研究意义和目的
• 1.3 本文主要工作和贡献
• 1.4 本文结构
• 第二章 3D-WSN节点重部署问题研究
• 2.1 引言
• 2.2 相关工作
• 2.3 问题形式化定义
• 2.3.1 网络整体覆盖率
• 2.3.2 重部署的移动能耗
• 2.3.3 重连通性
• 2.3.4 形式化定义
• 2.4 重部署控制算法
• 2.4.1 问题假设
• 2.4.2 基于虚拟力的控制模型
• 2.4.3 障碍处理
• 2.4.4 算法描述
• 2.5 算法分析
• 2.5.1 重连通性分析
• 2.5.2 覆盖率分析
• 2.6 算法仿真
• 2.6.1 不存在障碍下的仿真
• 2.6.2 存在障碍下的仿真
• 2.7 本章小结
• 第三章 3D-WSN中目标探测定位和跟踪问题研究
• 3.1 引言
• 3.2 相关工作
• 3.3 问题定义
• 3.3.1 多节点协同探测误差定义
• 3.3.2 多节点协同定位误差定义
• 3.3.3 多节点协同跟踪误差定义
• 3.3.4 能耗定义
• 3.4 目标探测,定位和跟踪算法
• 3.4.1 基本流程概述
• 3.4.2 簇头选择算法
• 3.4.3 目标探测
• 3.4.4 目标定位
• 3.4.5 目标跟踪
• 3.4.6 多目标情形分析
• 3.5 算法分析
• 3.5.1 簇头选择算法分析
• 3.5.2 算法耗能分析
• 3.6 算法仿真
• 3.7 本章小结
• 第四章 总结与展望
• 4.1 本文总结
• 4.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献