无线传感器网络中扫描覆盖问题研究

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1、硕士学位论文无线传感器网络中扫描覆盖问题研究RESEARCHONTHEPROBLEMSOFSWEEPCOVERAGEINWIRELESSSENSORNETWORKS刘闯哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP393.01学校代码：10213国际图书分类号：004.722.46密级：公开工学硕士学位论文无线传感器网络中扫描覆盖问题研究硕士研究生：刘闯导师：堵宏伟副教授申请学位：工学硕士学科：计算机科学与技术所在单位：深圳研究生院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP393.01U.D.C:004.72

2、2.46DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHEPROBLEMSOFSWEEPCOVERAGEINWIRELESSSENSORNETWORKSCandidate：ChuangLiuSupervisor：AssociateProf.HongweiDuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ComputerScienceandTechnologyAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDate

3、ofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，无线传感器网络（WirelessSensorNetworks，WSNs）一直是热门的研究领域之一，相关的技术发展迅速，已经广泛应用于环境检测、智能家居以及安全防护等领域中。在无线传感器网络中覆盖问题是一类十分重要的问题。在某些监测任务中，传感器结点不需要对兴趣点（PointOfInterest，POI）进行不间断地监测，只需要每隔一段时间进行一次数据采集便可满足要求

4、。这样就可以利用少量的移动传感器结点去覆盖更多的目标，这种覆盖模式被称为扫描覆盖。研究人员在无线传感器网络中的扫描覆盖问题方面做了许多研究工作，但这些研究工作中，缺乏对收集数据后返回基站这个过程的研究。由于一些数据具有时效性，这些数据返回基站的时间是非常重要的约束条件，也是一个非常值得研究的问题。此外，无线传感器结点通常都具有一定的通信范围，只要在这个范围内便可以进行数据的通信。但现有的研究工作通常都是假设只有当移动传感器结点与监测目标重合时才能进行数据传输，不符合实际情况。本文针对现有研究工作的以上两点不足，分别研究了带返回时间约束的扫描覆盖问题以及距离

5、敏感扫描覆盖问题。针对带返回时间约束扫描覆盖的研究工作，提出了带返回时间约束的扫描覆盖中最小化移动传感器结点数目问题，并且分析了该问题的NP难度，并且提出了两个启发式的算法G-MSCR和MinD-Expand来解决这个问题。其中G-MSCR算法对返回时间控制得更为严格，而MinD-Expand算法侧重于在满足返回时间约束的条件下减少移动传感器结点数目。而在针对距离敏感扫描覆盖的研究中，首先阐述了在扫描覆盖问题中通信距离带来的影响，然后分析了距离敏感的扫描覆盖问题，最后提出了CircleExpand算法，该算法通过划分区域并覆盖这些区域来达到对POI的扫描覆

6、盖。此外，本文实现了所提出的算法，并且在利用TheONE模拟器在模拟实验中通过与现有的最新方法进行比较来评估这些算法。在带返回时间约束的扫描覆盖问题中，传统扫描覆盖算法所需的返回时间要多于返回时间约束，也就是说传统扫描覆盖算法无法满足返回时间约束，而G-MSCR算法和MinD-Expand算法均可在约束内完成扫描覆盖。两个算法的不同在于G-MSCR需要更多的移-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文动传感器结点并且将返回时间控制得更低。而在距离敏感的扫描覆盖问题中，由于CircleExpand算法考虑了移动传感器结点的通信范围，在所需的移动传感器结点方面，Ci

7、rcleExpand算法比已有的算法表现要好。关键词：无线传感器网络；扫描覆盖；移动传感器结点-II-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWirelessSensorNetworks(WSNs)haveatrractedalotofattentionfromtheresearchersinrecentyears.Withthedevelopmentofrelatedtechniques,sweepcoveragehasbeenwidelyappliedinenvironmentmonitoring,smarthome,securityprotec

8、tion,andmanyotherfields.Inwireles