無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋控制與目標(biāo)跟蹤問題研究.pdf

1、無線通信技術(shù)、微電子技術(shù)和微機(jī)電技術(shù)的迅猛發(fā)展,催生了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括全向的傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs,其感知范圍為一個(gè)圓形區(qū)域)與無線多媒體(有向的)傳感器網(wǎng)絡(luò)(WMSNs,其感知范圍為一個(gè)扇形區(qū)域)。目前,關(guān)于無線傳感器覆蓋問題的研究很多,但是大多數(shù)都集中于全向感知模型的覆蓋研究,而且已有的關(guān)于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋的研究雖然考慮了節(jié)點(diǎn)的有向性和可轉(zhuǎn)動(dòng)性,但是在“覆蓋”的定義與計(jì)算中卻僅考慮了節(jié)點(diǎn)瞬時(shí)感知范圍的影響,沒

2、有考慮節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)對“覆蓋”的影響,所以已有的研究成果對于實(shí)際的應(yīng)用具有一定的局限性?？傊疅o線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨著很多新的挑戰(zhàn),迫切需要全新的解決方法,以指導(dǎo)有向感知網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的有效實(shí)現(xiàn)。
　　 本文基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用,考慮傳感器的有向性和可轉(zhuǎn)動(dòng)性,將傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)引入到“覆蓋”的定義與計(jì)算中,引入“延時(shí)”的概念,分別建立延時(shí)感知模型與無延時(shí)感知模型,并基于無延時(shí)、延時(shí)感知模型對覆蓋控制、覆蓋增強(qiáng)、目標(biāo)跟蹤進(jìn)行系統(tǒng)的、

3、更深入的研究。所進(jìn)行的主要工作如下:
　　 (1)感知模型。本文在多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋研究中,將傳感器的轉(zhuǎn)動(dòng)引入到“覆蓋”的定義與計(jì)算中,引入“延時(shí)”的概念,將各種應(yīng)用分為無延時(shí)覆蓋與延時(shí)覆蓋,并且根據(jù)節(jié)點(diǎn)的放置高低,本文將各種應(yīng)用又分為:節(jié)點(diǎn)放置在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)與節(jié)點(diǎn)放置點(diǎn)高于目標(biāo)平面兩種情形,最后綜合考慮網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)性要求和節(jié)點(diǎn)的放置位置,分別建立了四種不同的感知模型。
　　 (2)確定性部署控制。研究了節(jié)點(diǎn)數(shù)量、節(jié)點(diǎn)屬性

4、(如節(jié)點(diǎn)位置、節(jié)點(diǎn)感知夾角、瞬時(shí)感知方向或者鄰居節(jié)點(diǎn)間的方向差、節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)速等)對目標(biāo)區(qū)域或者目標(biāo)點(diǎn)覆蓋的影響,從而部署最優(yōu)個(gè)數(shù)的節(jié)點(diǎn)來滿足覆蓋要求;并對節(jié)點(diǎn)部署方案進(jìn)行研究,確定節(jié)點(diǎn)的放置距離、節(jié)點(diǎn)屬性對目標(biāo)區(qū)域覆蓋的影響。
　　 (3)覆蓋增強(qiáng)。在無人值守的環(huán)境中,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能源(電池)無法補(bǔ)充,這樣極大地縮短網(wǎng)絡(luò)的壽命,為了盡可能延長網(wǎng)絡(luò)壽命,需要大量地部署冗余節(jié)點(diǎn),通過關(guān)閉、喚醒冗余節(jié)點(diǎn),來延長網(wǎng)絡(luò)壽命;在初始部署后,由于節(jié)

5、點(diǎn)感知方向的隨機(jī)性和節(jié)點(diǎn)位置的隨機(jī)性,網(wǎng)絡(luò)還可以通過控制節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)到較優(yōu)的感知方向來提高覆蓋比例,所以本文基于四種感知模型設(shè)計(jì)了相應(yīng)的覆蓋增強(qiáng)算法,既關(guān)閉了大量的冗余節(jié)點(diǎn)且增加了區(qū)域覆蓋率。
　　 (4)目標(biāo)跟蹤。當(dāng)目標(biāo)穿越網(wǎng)絡(luò)時(shí),喚醒哪些節(jié)點(diǎn)來監(jiān)測目標(biāo)且消耗較少的網(wǎng)絡(luò)資源是一個(gè)很重要的問題。本文提出一種同時(shí)適合二維與三維目標(biāo)跟蹤的節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法以實(shí)現(xiàn)喚醒盡可能少的傳感器來對目標(biāo)進(jìn)行完全監(jiān)測。
　　 (5)路徑監(jiān)測能力分析。