无线传感器网络中基于Voronoi图的网络覆盖技术研究

论文摘要

无线传感器网络覆盖控制技术不仅反应了无线传感器网络对物理世界的监测能力,而且直接决定了网络采集外界信息的完整性和准确性。目前大多数的覆盖协议都是基于理想环境下提出的,忽略了各种环境因素对节点之间的通信及节点的感知能力的影响,所以在实际应用中这些覆盖协议的实用性较差。本文针对野外节点高密度随机均匀播撒的无线传感器网络,在综合了大量有关覆盖协议文献的基础上,着重分析了基于Voronoi图的覆盖协议和模糊覆盖理论,得到了值得借鉴的思想。本文的研究内容主要有以下几个方面：(1)本文在保留圆盘感知模型边界明确的基础上,结合概率感知模型实用性强的特点,为节点的感知范围设置了一个模糊环,解决了环境因素对节点感知范围的影响,更好的描述了节点的感知模型,从本质上解决了覆盖协议的实用性问题。本文称这种感知模型为模糊感知模型,在模糊环的内边界之内节点的感知强度为1,模糊环内感知强度大于0而小于1,在模糊环外边界之外,感知强度为0。(2)以So&Ye算法和基于Voronoi网格的快速覆盖判定算法思想为基础,结合模糊感知模型和节点协同覆盖的思想,提出了基于Voronoi图的模糊覆盖判定算法(VFCDA)。在保持算法时间复杂度较低的优点的基础上,降低了算法的计算复杂度,并减少了生成Voronoi图时节点的利用率。(3)以RSE算法思想为基础,结合模糊感知模型和基于Voronoi图的模糊覆盖判定算法,本文提出了基于Voronoi图的冗余判定算法(VRDA),有效地提高了节点冗余性判定的精准性。(4)针对以往协议复杂度过高和覆盖漏洞在受环境影响下相对较多等问题,以基于Voronoi图的分布式覆盖协议思想为基础,引入模糊感知模型、VFCDA、VRDA及模糊覆盖模型,提出了一种基于Voronoi图的模糊覆盖协议(VFCP)。协议中首先为了节省能量,节点的状态初始化为侦听状态,所有节点根据自己产生的随机数与预先设定的阈值进行比较,有选择的进入活跃状态形成连通网络；然后根据节点所处的不同状态利用维护算法对网络进行维护。在Linux环境下搭建NS2平台的仿真实验结果证明了VFCP的有效性和优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 无线传感器网络国内外发展现状
• 1.2.2 网络覆盖技术研究现状
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文结构
• 第2章 无线传感器网络
• 2.1 无线传感器网络简介
• 2.2 无线传感器网络的特征
• 2.3 体系结构
• 2.3.1 应用支撑平台
• 2.3.2 网络通信协议栈
• 2.3.3 网络管理平台
• 第3章 网络覆盖控制技术
• 3.1 网络覆盖的基本概念
• 3.2 节点的感知模型
• 3.2.1 圆盘感知模型
• 3.2.2 概率覆盖模型
• 3.2.3 模糊感知模型
• 3.3 覆盖控制技术的分类
• 3.4 覆盖控制技术的度量指标
• 第4章 基于Voronoi图的模糊覆盖协议
• 4.1 模型及相关工作
• 4.1.1 改进的正方形网格划分
• 4.1.2 Voronoi图划分
• 4.1.3 模糊覆盖理论
• 4.2 协议算法分析与实现
• 4.2.1 网络初始化算法
• 4.2.2 基于Voronoi图的模糊覆盖判定算法
• 4.2.3 基于Voronoi图的冗余判定算法
• 4.2.4 维护算法
• 4.3 时间复杂度
• 4.4 仿真分析
• 第5章 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文情况