无线传感器网络覆盖性能评估与提高

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1、国防科学技术大学博士学位论文无线传感器网络覆盖性能评估与提高姓名：范高俊申请学位级别：博士专业：计算机科学与技术指导教师：金士尧20090901国防科学技术大学研究生院博士学位论文知区域的有效性。再次，针对真实环境中传感器网络的覆盖性能评估问题，研究了如何判定传感器网络对监控区域的区域覆盖度和栅栏覆盖度。运用计算几何和区域封闭性的相关知识，证明了监控区域的区域覆盖度等于监控区域内所有覆盖交点的最小覆盖度；栅栏覆盖度等于最少覆盖路径上所有子边界线的最大覆盖度，并结合图论知识分别提出了区域覆盖度评估算法和栅栏覆盖度评估算法。从理论角度上将监控区域的覆盖度评估这一复杂连续空间难题转化为易于解决的

2、离散空间问题。由于真实环境中传感器节点的感知边界线函数具有不确定性且很难精确计算和获取，基于网格划分的方法，将区域覆盖度和栅栏覆盖度的评估问题分别转化为网格中心点的覆盖度评估和从所有网格中找出一条具有最小覆盖度的网格集合组成的连通路径的问题，进而提出了覆盖度的近似评估算法。仿真实验表明：基于网格的近似覆盖度评估算法对区域覆盖度和栅栏覆盖度评估问题的有效性。最后，针对随机部署大规模节点的方式容易造成传感器网络覆盖的不均匀性(如局部区域传感器节点分布过密或过疏)，研究了如何通过调整移动节点的位置提高传感器网络的覆盖性能，以及如何部署额外传感器节点的问题。通过引入了贡献节点集、重叠区、盲区、覆盖

3、临界区等概念，并利用重叠区和其贡献节点集之间、覆盖临界区和其贡献节点集之间的虚拟力模型，提出了改变传感器节点分布的覆盖增强策略，提出了一个基于虚拟势场的覆盖性能提高分布式算法。针对需要部署额外的传感器节点的情形，以圆形的静态传感器网络为背景，证明了监控区域内所有盲区中任意两个盲区和三个盲区组成子集所形成的超集与额外放置传感器节点数目和位置之间的关系，将问题转化为一个更易于解决、研究范围更广的图着色问题，并提出了一个集中式近似贪心算法。仿真实验表明：覆盖性能提高算法能够显著地增强传感器网络的覆盖性能，贪心算法能够较好地解决额外节点放置问题。综上所述，本文以实现传感器网络在真实环境中的应用为目

4、标，研究了传感器网络的节点感知区域、覆盖性能评估和覆盖性能提高等问题，提出了解决相应问题的新模型和算法，并给出了仿真实验分析和结论，对于推进无线传感器网络覆盖控制的研究和实用化具有一定的理论意义和应用价值。关键词：无线传感器网络；不规则感知区域；区域覆盖；栅栏覆盖：覆盖度评估；覆盖度提高第ii页国防科学技术大学研究生院博士学位论文AbstractWirelesssensornetwork(WSN)，嬲allintegratednetworkwhichcanperforminformationgathering，processinganddelivering，callconnectthere

5、alworldandlogisticinformationworld．Itisgreatlychangingtheinteractionbetweenpeopleandnature．Therearewidepotentialapplicationsforwirelesssensornetwork，suchasindustry，agriculture，militaryaffairs，environmentmonitoring，biomedicine，citymanaginganddisastersuccoring．Aftersensornodesaredeployedandaconnecte

6、dwirelessnetworkisformedbycommunicatingwithoneanothereitherdirectlyorindirectly，inWSNtherearetwofundamentalissues：1)howtoevaluatethecoverageperformanceofmonitoringregionoranescapee；and2)howtoimprovethecoverageperformancebychangingthesituationsofmobilesensornodesordeployingsomeadditionalnodes．Theyd

7、irectlyinfluencetheenergy-efficiency，topology—control，andprocess—abilitywhichareallkerneltermsinWSN．Theyalsodeterminetheimprovementofthequalityofservice(QoS)ofapperception，surveillance，senseandcommunicationinWSN．