基于移动传感器的栅栏覆盖算法研究与实现

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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)是由集成了传感、计算、通信能力的大量廉价微型传感器节点组织成的通信网络,它将客观世界中的信息不断提供给人们加以分析、判断。覆盖控制作为无线传感器网络中的一个基本问题,反映了部署在监控区域内的传感器所能提供的监控性能。栅栏覆盖考察的目标是保证检测到每个穿越传感器监控区域的路径,在军事和国防安全等领域都有着很广泛的应用。近年来,很多覆盖控制理论与算法都假设传感器节点或者网络是静态的,针对WSN随机覆盖往往不能满足应用需求,需要进一步对节点位置进行优化,本文我们引入了移动传感器,并充分利用移动传感器的移动特性来大大减少部署成本、减少传感器冗余和提高栅栏覆盖性能。移动传感器不仅能部署到偏僻的、地形复杂的环境,而且在初始部署后,移动传感器可以移动至新的位置来构建栅栏或修补栅栏空隙。栅栏覆盖的一个重要的问题为如何确定传感器的部署和工作方案以提高栅栏覆盖的性能,亦为,在给定的一个区域的覆盖性能指标的情况下,如何要最少的传感器来满足该指标。这个问题的意义在于栅栏覆盖成本很大程度上依赖于传感器的数目,减少传感器数目有助于减少实施成本。本文综合考虑了栅栏覆盖的各种因素:传感器部署策略、传感器的移动特性、可调感知半径、能耗模型、休眠机制,提出了两种基于可调感知半径的栅栏修补方案。论文的主要内容包括:传感器的部署方案;栅栏寿命的最优值方案和分布式方案;移动传感器修补栅栏的集中式方案和分布式方案。论文首先介绍了移动传感器网络中的栅栏覆盖,然后给出了一个基于线性规划的最优值算法和两个分布式的启发算法来最大化栅栏寿命。最后分别给出了一个集中式和一个分布式的栅栏修补方案。本文的提出分布式算法能很好地适用于大型传感器网络。实验表明本文的所提出的算法能够有效地实现对矩形监控区域的高性能栅栏覆盖。
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