低冗余率的中高速传感器网络覆盖算法研究

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中高速传感器网络包括工业实时控制的传感器网络和无线多媒体传感器网络(WMSNs)即有向传感器网络等新型传感器网络。目前中高速传感器网络中有许多亟待解决的关键技术,包括网络架构与模型、组网路由协议、QOs保证技术、信息安全保证技术、节点部署及网络覆盖技术等。其中的网络覆盖已不单纯是部署问题,而是一个服务质量问题,因为通过对网络覆盖性能的测量使我们能够了解是否存在覆盖盲区。许多针对传统传感器网络设计的感知模型和覆盖算法已不再适用于复杂的中高速传感器网络,本论文主要针对属于中高速传感器网络的有向传感器网络的覆盖问题展开研究,主要工作有:(1)分析了中高速传感器网络的特点,覆盖问题及其所面临的挑战,以及覆盖算法评价标准。(2)建立一套针对中高速传感器网络的实验系统,可以模拟现实环境对相关算法进行进一步的验证。(3)针对有向传感器网络的节点冗余问题,设计一种方向可调节感知模型,并在此基础上提出了一种基于虚拟力的有向传感器网络低冗余覆盖增强算法(FFLRCA).通过建立虚拟力与角度调整量之间的关系模型,根据虚拟力大小改变节点的角度调整量;在节点进入稳定状态后,通过节点的覆盖子集判断其是否为冗余节点,最终整个网络进入稳定状态,此时网络调整结束。为了提高网络的生命周期,本文通过加入对冗余节点的调度策略对FFLRCA算法进行改进。试验结果表明:该算法有效解决了网络中的覆盖冗余问题,并且显著提高了网络的生命周期。(4)针对有向传感器网络的冗余问题,结合已经建立的方向可调节感知模型,提出一种面向目标的有向传感器网络连通覆盖算法(CTA)。该算法通过建立目标部署圆内覆盖最多目标点的候选节点集合对随机部署的节点进行初步调度,在此基础上通过整数线性规划模型找出实现目标监测并保证整个网络连通性的最少节点数以及最佳位置的节点集合。仿真实验表明,该算法在保证目标覆盖率的前提下,不仅极大地降低了网络部署成本,而且保证了网络连通性。
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