无线传感器网络的部分栅栏覆盖技术

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1、无线传感器网络的局域栅栏覆盖AiChen,SantoshKumar,Member,IEEE,andTenH.Lai文摘：全局栅栏覆盖技术比全覆盖技术要求更少的传感器，是一个众所周知的适当的运动检测应用模型，例如入侵检测。然而，它已被证明，由于一个传感器部署，传感器不能确定是否在区域部署提供全局栅栏覆盖，使其无法发展局限性的算法，从而限制了它在实践中使用。在本文中，我们介绍的局域栅栏覆盖概念解决这个限制。局域栅栏覆盖保证了所有的运动轨迹是局限于一个地区的部署带片检测，探测促进的这些动作可能会随着穿越带地区的一条较短

2、的路径运动。我们证明它可以让各个传感器本地确定局域栅栏覆盖的存在，甚至当该区域部署是任意弯曲。虽然局域栅栏覆盖不确定性地保证全局栅栏覆盖，但是我们将展示局域栅栏覆盖在薄带地区几乎总是提供全球栅栏覆盖的功能。为了证明局部栅栏覆盖可以用来设计区域化的算法，我们开发了最大限度地发挥网络的生命周期的新型睡眠-唤醒算法程序，称为局域栅栏覆盖协议（LBCP）。我们证明了LBCP保证了局域栅栏覆盖，并表明了LBCP提供接近最佳强化了网络寿命，同时提供全局栅栏覆盖的大部分时间。他们优于现有的称为随机独立睡眠（RIS）算法多达6倍

3、。关键字：传感器网络，覆盖，网络拓扑结构，算法，理论 1介绍无线传感器的几个重要的应用涉及运动检测，例如：当沿着国际边界部署传感器来探测非法入侵，在化学工厂部署传感器检测能致命的化学品蔓延，在天然气管道的两边部署传感器以发现潜在的破坏。栅栏覆盖，保证了每个穿越传感器栅栏的运动都将被检测到，是一个众所周知的用于这样应用的适当的覆盖模型[10]。栅栏覆盖有很多超过全面覆盖（一个要求每一个在部署区域的点都被覆盖的模型）的诸多优势。首先，栅栏覆盖比全面覆盖需要更少的传感器[10]。第二，睡眠-唤醒问题，它决定了传感器的睡

4、眠时间表以最大限度地提高网络生存时间，是多项式时间可解得栅栏覆盖，即使传感器的生存时间不同[12]。另外，对于全面覆盖，即使传感器的生存时间相同，睡眠唤醒问题也是NP难度[17]。然而，局域栅栏覆盖有一个主要限制，就是独立传感器不能局部地确定网络是否不能提供栅栏覆盖[10]，使其不可能发展局域性的算法。因此，至今几乎所有为栅栏覆盖开发的算法，包括最新的睡眠-唤醒算法都是中央集权的[12]。（唯一的例外是随机独立睡眠（RIS）算法不需要任何信息交换。）给予无线传感器网络的大规模和无人看管的性质，局限性算法是必不可少

5、的可扩展性算法。局域性算法也更适应网络的变化，它将广泛应用于在户外部署的无人看管的无线传感器网络。因此为了实现栅栏覆盖模型在运动检测应用方面的好处，很有必要开发一种能应用局限性算法，同时能基本保留栅栏覆盖的好处的新模型。我们研究栅栏覆盖的概念并参照全局栅栏覆盖[10]，覆盖每一个交叉路径，无论交叉路径多长。因此，在一个50m×500km边境部署传感器，如图Fig.1,被视为由于存在未覆盖的交叉路径（比499km还长）故不提供全局覆盖服务。在现实生活中，入侵者极不可能追踪这样的路径，这更可能是一个跨地带采取的短路径

6、。在这些研究的引导下，我们将在此介绍L-局域栅栏覆盖的概念，并在第四部分正式定义，但非正式地，L型局域栅栏覆盖保证所有交叉路径的检测，这些交叉路径局限于一个带片（长度为L）的区域部署。换句话说，如果包围盒，其中包含一个交叉路径的整个轨迹，有一长达L的长度，那么这条交叉路径可以保证检测到至少一个（或k）传感器（s）例如：在图Fig.2中，传感器网络在这一带地区的部署提供了L型栅栏覆盖，这时交叉路径保证了长度小于L的包围盒被检测。L型局域栅栏覆盖不仅可以应用于局域性算法的开发，而且它可以推广（全局）栅栏覆盖模型，只要

7、L等于整个部署区域的长度，L型局域栅栏覆盖可以等同于全局栅栏覆盖。L型局域栅栏覆盖欲要考虑的关键问题是怎样决定传感器网络是否提供L型局域栅栏覆盖。当有无穷多个包围盒（每一个的长度都是L），这个问题就变得不平常。在此，我们证明一个定理，用一个方便的离散化来代替检查每一个无限包围盒，它只需要检查每一个传感器的附近是否栅栏覆盖就可以确定传感器网络提供L型局域栅栏覆盖。虽然局域栅栏覆盖不能确定性地保证全局栅栏覆盖（L少于部署地带的长度），但是我们证明（模拟）对薄带地区，局域栅栏覆盖几乎总是提供全局栅栏覆盖。这意味着对于薄

8、带地区，局部地检查局域栅栏覆盖的存在可以有效地确保实践中的全局栅栏覆盖。直观地，能成立是因为部署区域宽度接近0，局部栅栏覆盖等价于全局栅栏覆盖。为了证明局部栅栏覆盖可以用来设计区域化的算法，我们开发了最大限度地发挥网络的生命周期的新型睡眠-唤醒算法程序，称为局域栅栏覆盖协议（LBCP）。我们证明了LBCP保证了局域栅栏覆盖，并表明了LBCP提供接近最佳强化了网络寿命，同时