无线传感器网络中的覆盖与能量有效性问题研究

摘要

覆盖问题和能量有效性问题一直是无线传感器网络设计中的关键问题.由于网络覆盖能力与节点的能耗成反比,因此为了保证监测区域的完全覆盖或者达到应用所要求的覆盖度,需要部署大量的节点,这会给网络带来更多的通信负载,不利于能量的有效利用.针对此问题,本文研究了基于能量有效性的覆盖问题,主要工作如下:
　　 首先,本文介绍了现有的基于能量有效性的覆盖算法的研究现状,并分析了几种典型算法的优缺点.在此基础上,给出节点能量利用率的量化标准,用于衡量传感器节点能量的使用效率,然后结合节点的能耗模型,分析了节点的能量消耗与感知半径及通信半径的关系,分析结果表明,节点的能耗与激活节点数目没有必然的关系,选择较小的感知半径及通信半径,可以提高节点能量利用率节省节点能量消耗.并以此为根据提出了调整传感器节点的感知半径大小以节省能量并提高节点能量利用率从而延长网络寿命的策略.
　　 其次,本文通过将传统的轮换“激活／睡眠”机制一般化,提出一种调整节点的感知半径的覆盖调度策略,以提高网络能量利用率,该策略在产生覆盖空洞时,还可以对其进行填补.仿真结果表明,新算法的实施使节点的能量利用率得到提高,且每个节点的剩余能量达到均衡状态,延长了网络寿命.该算法的优点是不需要节点的全局位置信息,减少了节点的能量消耗,同时避免了由于节点位置信息的误差所引起的算法失效,扩展性和实用性强.
　　 第三,本文针对ASR-DLM算法的不足,提出一种改进的EASRC算法,将区域覆盖问题转化为目标点覆盖问题,降低了覆盖难度,计算权值时考虑了节点的贡献与剩余能量,均衡了节点的能量消耗,延长了网络寿命.这种算法虽然不能保证完全覆盖,但是,在节点数目较多的情况下,可以达到很高的覆盖度,实用性很强,在无需地理位置信息的条件下很有价值.

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 无线传感器网络简介

1.2 本文研究背景及意义

1.3 本文的主要工作和结构安排

第二章 覆盖控制的相关知识

2.1 节点感知模型

2.2 覆盖控制研究现状

2.3 覆盖控制算法分类及几种典型算法

第三章 基于能量有效性的无线传感器网络覆盖研究

3.1 WSN的能耗与计算

3.1.1 传感器节点能耗

3.1.2 网络能耗的计算

3.2 能量有效利用的覆盖算法

3.2.1 基于拓扑管理的节能方案

3.2.2 基于拓扑控制的节能方案

3.3 能量利用率

3.3.1 确定性部署的能耗分析

3.3.2 随机性部署的节能策略

第四章 基于能量有效利用的分布式覆盖算法

4.1.问题的提出

4.2 分布式覆盖算法

4.2.1 模型假设

4.2.2 算法设计

4.2.3 寻找空洞环

4.2.4 ASR-DLM算法

4.3 算法改进

4.3.1 EASRC算法概述

4.3.2 EASRC算法分析

4.4 算法仿真

结束语

致谢

参考文献

硕士在读期间论文发表及录用情况