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《無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋控制優(yōu)化算法研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、分類號UDCTP393博士學位論文密級無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋控制優(yōu)化算法研究OptimizationAlgorithmsofCoverageControlforWirelessSensorNetworks作者姓名：邢蕭飛學科專業(yè)：計算機科學與技術(shù)學院(系、所)：信息科學與工程學院指導教師：王國軍教授副指導教師：李頡教授論文答辯日期壘型蘭：!坌·f答辯委員會主席立生：!蘭盤中南大學2012年12月原創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了論文中特別加以標注和致
2、謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得中南大學或其他單位的學位或證書而使用過的材料。與我共同工作的同志對本研究所作的貢獻均已在論文中作了明確的說明。作者簽名：學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本人了解中南大學有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，即：學校有權(quán)保留學位論文并根據(jù)國家或湖南省有關(guān)部門規(guī)定送交學位論文，允許學位論文被查閱和借閱；學校可以公布學位論文的全部或部分內(nèi)容，可以采用復印、縮印或其它手段保存學位論文。同時授權(quán)中國科學技術(shù)信息研究所將本學位論文收錄到《中國學位論文全文數(shù)據(jù)庫》，并通過
3、網(wǎng)絡向社會公眾提供信息服務。作者簽名：師簽名碰日期：迎年壘月魚日摘要無線傳感器網(wǎng)絡是一種集信息感知、采集、處理和傳輸為一體的網(wǎng)絡系統(tǒng)，它將邏輯上的信息世界和客觀上的物理世界聯(lián)系在一起，正深刻地改變著人與自然的交互方式，因而被廣泛地應用于軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和搶險救災等領(lǐng)域。覆蓋控制是無線傳感器網(wǎng)絡所提供服務質(zhì)量的基本問題之一，其目的是利用部署的傳感器節(jié)點來感知目標區(qū)域或目標對象，并達到所獲取信息的有效性和完整性。覆蓋控制決定了傳感器網(wǎng)絡對物理世界的感知能力，是推動傳感器網(wǎng)絡從理論走向應用的必經(jīng)之路。本文研究的
4、目的是針對以隨機方式部署的無線傳感器網(wǎng)絡設(shè)計具有節(jié)能特征的網(wǎng)絡覆蓋優(yōu)化算法和協(xié)議。主要是從覆蓋率控制模型、多屬性目標覆蓋、網(wǎng)絡多重覆蓋以及移動目標的動態(tài)覆蓋等方面展開研究，遵循提高網(wǎng)絡的能量利用效率的設(shè)計準則，以達到實現(xiàn)一個能量高效的網(wǎng)絡覆蓋控制優(yōu)化方案目的。本文的主要工作包括以下四個方面：(1)針對隨機分布的網(wǎng)絡覆蓋控制問題研究，提出了基于概率的網(wǎng)絡覆蓋控制模型PCCM?？紤]到網(wǎng)絡邊界效應影響，模型首先計算傳感器節(jié)點位于網(wǎng)絡內(nèi)部及其邊界兩種情況下覆蓋面積的期望值，進而得到節(jié)點總覆蓋面積的期望值；根據(jù)用戶對覆蓋
5、率的要求，依據(jù)條件概率分布函數(shù)計算得到所需要部署節(jié)點的數(shù)量。模型反映了網(wǎng)絡覆蓋率與部署節(jié)點數(shù)量、節(jié)點感知半徑與監(jiān)測區(qū)域面積之間的函數(shù)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)隨機圖理論推導得到網(wǎng)絡連通性的概率模型。PCCM模型可以指導用戶對網(wǎng)絡覆蓋率及連通率等網(wǎng)絡屬性的控制。(2)針對異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡的多屬性目標覆蓋研究，利用線性規(guī)劃工具將其建模為最優(yōu)值覆蓋集求解問題，提出了一種基于分簇結(jié)構(gòu)的目標覆蓋算法CTCA。其核心思想是依據(jù)節(jié)點的剩余能量的多少及感應能力的高低，在每個簇結(jié)構(gòu)內(nèi)求解局部最優(yōu)覆蓋集，然后在此基礎(chǔ)上得到接近于最優(yōu)解的
6、全局覆蓋集，最后調(diào)度節(jié)點相應的感應模塊去覆蓋其感知范圍內(nèi)同屬性的目標。實驗結(jié)果表明所提出的算法能夠有效提高網(wǎng)絡節(jié)點的能量利用效率，延長網(wǎng)絡生存期。(3)針對無線傳感器網(wǎng)絡多重覆蓋算法研究，借助于勒洛三角形的幾何特征提出判斷區(qū)域覆蓋度的定理，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計了一個基于勒洛三角形的多重覆蓋算法RTC。算法的核心思想是利用節(jié)點局部位置信息，通過在節(jié)點感應圓周上構(gòu)造勒洛三角形和所提出的覆蓋定理來判斷網(wǎng)絡的覆蓋度，并根據(jù)網(wǎng)絡節(jié)點的剩余能量的高低進行節(jié)點狀態(tài)調(diào)度。實驗數(shù)據(jù)分析表明RTC算法在確保網(wǎng)絡覆蓋質(zhì)量的條件下能夠有效
7、減少網(wǎng)絡中冗余節(jié)點的數(shù)量，從而提高網(wǎng)絡能量利用效率。(4)針對移動目標的實時監(jiān)測協(xié)議研究，提出了一個自適應移動目標動態(tài)覆蓋協(xié)議。協(xié)議的主要思想是首先對移動目標周圍的節(jié)點，利用競爭機制構(gòu)造出一個動態(tài)覆蓋組對目標定位與實時監(jiān)測；然后利用所提出的目標移動位置預測模型及節(jié)點狀態(tài)調(diào)度策略來更新該動態(tài)覆蓋組，這樣可以有效提高節(jié)點對目標實時監(jiān)測的時效性和能量利用效率。最后，借助于節(jié)點自適應數(shù)據(jù)報告頻率自調(diào)整機制而實現(xiàn)降低網(wǎng)絡節(jié)點之間通信量的目的。實驗數(shù)據(jù)分析表明所提出的協(xié)議在網(wǎng)絡能量利用效率、目標定位精度等方面具有很好的性能
8、表現(xiàn)。綜上所述，本文針對無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點覆蓋控制問題提出了相應的解決方案，對于推動無線傳感器網(wǎng)絡的研究和實用化具有一定的理論意義和應用價值。關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡，覆蓋優(yōu)化，移動目標覆蓋，覆蓋集，覆蓋度評估，網(wǎng)絡生命期IIABSTRACTWirelesssensornetwork(WSN)，asanintegratednetworkwhichcanperforminformatio
