有向傳感器網(wǎng)絡(luò)柵欄覆蓋研究.pdf

1、有向傳感器網(wǎng)絡(luò)作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一種特殊形態(tài)，增加了具有方向性的傳感器節(jié)點(diǎn)如視頻傳感器、微型麥克風(fēng)、雷達(dá)等，可以采集視頻、音頻、圖像等多媒體信息。覆蓋控制作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要問題，它可對(duì)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)空資源優(yōu)化分配。柵欄覆蓋作為覆蓋控制的子問題，主要研究移動(dòng)目標(biāo)穿越監(jiān)控區(qū)域時(shí)被傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)的問題。目前，傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)柵欄覆蓋控制研究已經(jīng)積累了一定研究成果，但有向傳感器網(wǎng)絡(luò)的柵欄覆蓋只取得初步成果。因此，迫切需要對(duì)有向傳感器網(wǎng)絡(luò)中柵欄

2、覆蓋控制算法進(jìn)行探討與研究。本文針對(duì)有向傳感器網(wǎng)絡(luò)中柵欄覆蓋，進(jìn)行了如下幾方面研究：
　　(1)研究了由可移動(dòng)傳感器與固定傳感器組成的有向傳感器網(wǎng)絡(luò)中的強(qiáng)柵欄覆蓋問題。當(dāng)有向傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署于窄帶區(qū)域，傳感器之間存在大量重疊感知區(qū)域，產(chǎn)生大量冗余信息，不利于資源的有效利用。本文引入了重疊感知比OSR（overlap-sense ratio）概念，基于OSR對(duì)隨機(jī)部署后形成的強(qiáng)連通簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少了重疊感知區(qū)域；針對(duì)如何利用

3、可移動(dòng)傳感器填充柵欄間隙問題，將該問題轉(zhuǎn)化為二部圖賦權(quán)匹配問題。并利用改進(jìn)的匈牙利算法進(jìn)行解決，最后，提出OSR-SBC算法。仿真實(shí)驗(yàn)表明該算法較大幅度減少覆蓋重疊區(qū)域，同時(shí)，所需可移動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)目與移動(dòng)距離較大幅度減少。
　　(2)研究了有向傳感器網(wǎng)絡(luò)中路徑覆蓋問題。路徑覆蓋本質(zhì)是著名的art gallery問題，它是NP-hard問題。本文提出以節(jié)點(diǎn)“鄰居集”共同覆蓋率為導(dǎo)向因子的改進(jìn)粒子群覆蓋增強(qiáng)算法。首先，將路徑覆蓋模型

4、轉(zhuǎn)化為尋求節(jié)點(diǎn)最優(yōu)朝向的優(yōu)化問題，并將標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法應(yīng)用于該優(yōu)化問題的解決。其次，針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法收斂時(shí)間長、易陷入局部極值等缺點(diǎn)，提出節(jié)點(diǎn)“鄰居集”共同覆蓋率概念，并將其作為導(dǎo)向因子指導(dǎo)微粒的進(jìn)化，進(jìn)而得到最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)覆蓋。最后，通過仿真測(cè)試算法的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)的粒子群路徑覆蓋增強(qiáng)算法能夠明顯地提高路徑覆蓋率且克服了標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法的缺點(diǎn)。
　　綜上所述，本文對(duì)有向傳感器網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)柵欄覆蓋構(gòu)建和路徑覆蓋兩方面進(jìn)行研究，并通過仿真