無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的部分柵欄覆蓋技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的部分柵欄覆蓋技術(shù)

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1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的局域柵欄覆蓋AiChen,SantoshKumar,Member,IEEE,andTenH.Lai文摘:全局柵欄覆蓋技術(shù)比全覆蓋技術(shù)要求更少的傳感器,是一個眾所周知的適當(dāng)?shù)倪\動檢測應(yīng)用模型,例如入侵檢測。然而,它已被證明,由于一個傳感器部署,傳感器不能確定是否在區(qū)域部署提供全局柵欄覆蓋,使其無法發(fā)展局限性的算法,從而限制了它在實踐中使用。在本文中,我們介紹的局域柵欄覆蓋概念解決這個限制。局域柵欄覆蓋保證了所有的運動軌跡是局限于一個地區(qū)的部署帶片檢測,探測促進(jìn)的這些動作可能會隨著穿越帶地區(qū)的一條較短

2、的路徑運動。我們證明它可以讓各個傳感器本地確定局域柵欄覆蓋的存在,甚至當(dāng)該區(qū)域部署是任意彎曲。雖然局域柵欄覆蓋不確定性地保證全局柵欄覆蓋,但是我們將展示局域柵欄覆蓋在薄帶地區(qū)幾乎總是提供全球柵欄覆蓋的功能。為了證明局部柵欄覆蓋可以用來設(shè)計區(qū)域化的算法,我們開發(fā)了最大限度地發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的生命周期的新型睡眠-喚醒算法程序,稱為局域柵欄覆蓋協(xié)議(LBCP)。我們證明了LBCP保證了局域柵欄覆蓋,并表明了LBCP提供接近最佳強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)壽命,同時提供全局柵欄覆蓋的大部分時間。他們優(yōu)于現(xiàn)有的稱為隨機(jī)獨立睡眠(RIS)算法多達(dá)6倍

3、。關(guān)鍵字:傳感器網(wǎng)絡(luò),覆蓋,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),算法,理論 1介紹無線傳感器的幾個重要的應(yīng)用涉及運動檢測,例如:當(dāng)沿著國際邊界部署傳感器來探測非法入侵,在化學(xué)工廠部署傳感器檢測能致命的化學(xué)品蔓延,在天然氣管道的兩邊部署傳感器以發(fā)現(xiàn)潛在的破壞。柵欄覆蓋,保證了每個穿越傳感器柵欄的運動都將被檢測到,是一個眾所周知的用于這樣應(yīng)用的適當(dāng)?shù)母采w模型[10]。柵欄覆蓋有很多超過全面覆蓋(一個要求每一個在部署區(qū)域的點都被覆蓋的模型)的諸多優(yōu)勢。首先,柵欄覆蓋比全面覆蓋需要更少的傳感器[10]。第二,睡眠-喚醒問題,它決定了傳感器的睡

4、眠時間表以最大限度地提高網(wǎng)絡(luò)生存時間,是多項式時間可解得柵欄覆蓋,即使傳感器的生存時間不同[12]。另外,對于全面覆蓋,即使傳感器的生存時間相同,睡眠喚醒問題也是NP難度[17]。然而,局域柵欄覆蓋有一個主要限制,就是獨立傳感器不能局部地確定網(wǎng)絡(luò)是否不能提供柵欄覆蓋[10],使其不可能發(fā)展局域性的算法。因此,至今幾乎所有為柵欄覆蓋開發(fā)的算法,包括最新的睡眠-喚醒算法都是中央集權(quán)的[12]。(唯一的例外是隨機(jī)獨立睡眠(RIS)算法不需要任何信息交換。)給予無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模和無人看管的性質(zhì),局限性算法是必不可少

5、的可擴(kuò)展性算法。局域性算法也更適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的變化,它將廣泛應(yīng)用于在戶外部署的無人看管的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。因此為了實現(xiàn)柵欄覆蓋模型在運動檢測應(yīng)用方面的好處,很有必要開發(fā)一種能應(yīng)用局限性算法,同時能基本保留柵欄覆蓋的好處的新模型。我們研究柵欄覆蓋的概念并參照全局柵欄覆蓋[10],覆蓋每一個交叉路徑,無論交叉路徑多長。因此,在一個50m×500km邊境部署傳感器,如圖Fig.1,被視為由于存在未覆蓋的交叉路徑(比499km還長)故不提供全局覆蓋服務(wù)。在現(xiàn)實生活中,入侵者極不可能追蹤這樣的路徑,這更可能是一個跨地帶采取的短路徑

6、。在這些研究的引導(dǎo)下,我們將在此介紹L-局域柵欄覆蓋的概念,并在第四部分正式定義,但非正式地,L型局域柵欄覆蓋保證所有交叉路徑的檢測,這些交叉路徑局限于一個帶片(長度為L)的區(qū)域部署。換句話說,如果包圍盒,其中包含一個交叉路徑的整個軌跡,有一長達(dá)L的長度,那么這條交叉路徑可以保證檢測到至少一個(或k)傳感器(s)例如:在圖Fig.2中,傳感器網(wǎng)絡(luò)在這一帶地區(qū)的部署提供了L型柵欄覆蓋,這時交叉路徑保證了長度小于L的包圍盒被檢測。L型局域柵欄覆蓋不僅可以應(yīng)用于局域性算法的開發(fā),而且它可以推廣(全局)柵欄覆蓋模型,只要

7、L等于整個部署區(qū)域的長度,L型局域柵欄覆蓋可以等同于全局柵欄覆蓋。L型局域柵欄覆蓋欲要考慮的關(guān)鍵問題是怎樣決定傳感器網(wǎng)絡(luò)是否提供L型局域柵欄覆蓋。當(dāng)有無窮多個包圍盒(每一個的長度都是L),這個問題就變得不平常。在此,我們證明一個定理,用一個方便的離散化來代替檢查每一個無限包圍盒,它只需要檢查每一個傳感器的附近是否柵欄覆蓋就可以確定傳感器網(wǎng)絡(luò)提供L型局域柵欄覆蓋。雖然局域柵欄覆蓋不能確定性地保證全局柵欄覆蓋(L少于部署地帶的長度),但是我們證明(模擬)對薄帶地區(qū),局域柵欄覆蓋幾乎總是提供全局柵欄覆蓋。這意味著對于薄

8、帶地區(qū),局部地檢查局域柵欄覆蓋的存在可以有效地確保實踐中的全局柵欄覆蓋。直觀地,能成立是因為部署區(qū)域?qū)挾冉咏?,局部柵欄覆蓋等價于全局柵欄覆蓋。為了證明局部柵欄覆蓋可以用來設(shè)計區(qū)域化的算法,我們開發(fā)了最大限度地發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)的生命周期的新型睡眠-喚醒算法程序,稱為局域柵欄覆蓋協(xié)議(LBCP)。我們證明了LBCP保證了局域柵欄覆蓋,并表明了LBCP提供接近最佳強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)壽命,同時

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