无线传感器网络动态覆盖问题研究

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1、无线传感器网络动态覆盖问题研究重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：王炜指导教师：邓绍江教授学位类别：工程硕士（计算机技术领域）重庆大学计算机学院二O一六年四月ResearchofDynamicCoverageinWirelessSensorNetworksAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheProfessionalDegreeByWangWeiSupervisedbyPr

2、of.DengShaojiangSpecialty:ME(ComputerTechnologyField)CollegeofComputerScienceofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2016重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要由于能量存储、感知探测以及通信技术的不断进步，无线传感器网络技术（WSNs）获得了飞速的发展。WSNs的兴起与广泛应用扩展了人类在各个领域的能力，深刻影响着人类社会的方方面面。战场监测就是其典型的实际应用之一。大量的传感器

3、节点被按照一定的方式部署在战场的目标区域进行监测。一旦所关注的特定事件出现，它将会被邻近的一个或多个传感器节点所感知、检测并上报事件到汇聚节点。WSNs也经常应用于目标区域的数据收集。在此应用中，大量的传感器节点被按照一定的方式部署下去并组成网络。WSNs按照固定的时间间隔收集数据并将其发送至特定的节点。实际上，不论是战场检测还是环境监测，其核心都是WSNs的覆盖问题。从更为广阔的意义上讲，许多WSNs应用的本质都是覆盖问题。然而，现存的许多研究工作都是基于目标区域静止的假设。虽然具有动态目标区域

4、的应用广泛存在，但是对其覆盖问题的研究却少有涉及。以环境监测为例，毒性物质扩散的区域随着时间的推移，其位置、形状可能会不断地发生变化。因此，WSNs中的传感器节点也需要不断调整位置以满足不同应用的相关需求，如收集数据、警示区域边界。对于动态覆盖问题，本文提出动态目标区域的区域覆盖问题（DAC），重点关注用移动传感器组成传感器网络对动态目标区域进行的完全覆盖以及移动传感器节点调整位置时的移动策略。本文的主要贡献如下：①对DAC问题进行形式化定义。随后，提出了关于在设计传感器移动策略时对于距离的若干要

5、求并以此将DAC问题中的移动策略具体分成若干个子问题。同时，证明其中两个属于NP完全问题。②提出收缩包裹覆盖方法（SWC）。当目标区域发生变化后，指导传感器节点确定新的候选位置以保证仍然满足对目标区域的完全覆盖。证明了SWC方法可以使覆盖达到重叠面积和无效面积之和局部最小。随后，总结传感器节点移动距离的不同要求并提出确定传感器节点移动策略的相关算法。③通过实验模拟现实环境测试所提出的SWC方法和移动策略相关算法的执行效果。提出三个比例标准对SWC方法的实际效果进行评判。为了保证实验结果的一般性，每

6、一个实验数据均来自于多次的重复实验。同时，实验也比较了移动策略算法关于移动距离的几个方面并对实验结果进行了分析。关键字：无线传感器网络，动态目标区域覆盖，部署方法，移动策略I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTWiththerapiddevelopmentoftechnologiessuchasenergy,sensingandcommunication,applicationsbasedonWirelessSensorNetworks(WSNs)havebeenwidelyused.WS

7、Nscanexpandpeople’sabilitytointeractwiththephysicalworld.Oneofapplicationsisthebattlefieldsurveillance.Abulkofsensorsareorganizedtomonitorthebattlefield.Onceeventswefocusemerge,thesurveillanceprocessistriggeredbyoneormoresensorsinthevicinitywhichdetec

8、tstheseeventsandreportsthemtothesinknode.ThedatacollectionfortheareaofinterestisalsoappliedbyaWSN.Anumberofsensorsaredeployedandformanetwork.Theycollecttheprimarydataatregularintervalsandsendthemtothespecifiednode.Actually,inabroadsense,theess