長帶區(qū)域無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋與定位研究.pdf

1、覆蓋與定位都是無線網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化中非常重要的問題。區(qū)域覆蓋主要指一個(gè)目標(biāo)區(qū)域被網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)監(jiān)視的程度，而定位則指通過網(wǎng)絡(luò)資源來確定一個(gè)目標(biāo)的位置。本論文圍繞無線網(wǎng)絡(luò)中的區(qū)域覆蓋與定位問題，針對現(xiàn)有研究的不足，結(jié)合無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，分別對長帶區(qū)域全覆蓋、子區(qū)域定位以及隨機(jī)部署無線移動傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)移動相關(guān)問題進(jìn)行了研究。長帶區(qū)域指比較長比較窄的區(qū)域，長度可達(dá)數(shù)十公理，而寬度往往只有數(shù)十米。在實(shí)際情況中，隧道、地下礦井等都是典型的長帶封閉區(qū)域。為

2、了保證隧道中通信的需求，同時(shí)為了防止地質(zhì)災(zāi)害或者火災(zāi)等危害，需要大量的無線節(jié)點(diǎn)布置在這些長帶封閉區(qū)域內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)信號全覆蓋或者定位的要求。本論文分析了節(jié)點(diǎn)部署模式對長帶區(qū)域覆蓋及定位性能的影響，提出了適用于長帶區(qū)域的覆蓋與子區(qū)域定位算法，并提出了節(jié)能節(jié)點(diǎn)移動分配算法。本論文的主要工作及創(chuàng)新如下:
　　論文首先提出了一種新的節(jié)點(diǎn)部署方法，能夠在特定的長帶狀區(qū)域部署較小數(shù)量的節(jié)點(diǎn)并滿足全網(wǎng)絡(luò)覆蓋的要求。該方法假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠覆蓋一個(gè)以

3、該節(jié)點(diǎn)自身為中心，以一個(gè)特定長度為半徑的一個(gè)圓形區(qū)域，然后根據(jù)“分而蓋之”的思路，通過確定在一串節(jié)點(diǎn)中相鄰節(jié)點(diǎn)的距離，以及在整個(gè)長帶區(qū)域中需要使用的節(jié)點(diǎn)的串?dāng)?shù)，實(shí)現(xiàn)帶狀區(qū)域的全覆蓋。理論以及實(shí)驗(yàn)表明，與其他節(jié)點(diǎn)部署方法相比較，該節(jié)點(diǎn)部署方法在某些情況下可以實(shí)現(xiàn)更低的節(jié)點(diǎn)密度（使用更少的節(jié)點(diǎn)數(shù)量）。將規(guī)則三角格點(diǎn)部署方法與該“分而蓋之”節(jié)點(diǎn)部署方法相組合，可實(shí)現(xiàn)一種優(yōu)化的節(jié)點(diǎn)部署方法。論文也給出了具體部署方法所對應(yīng)的帶狀區(qū)域的寬度范圍。<

4、br>　　基于上述提出的“分而蓋之”節(jié)點(diǎn)部署方法，論文提出一種通過調(diào)整節(jié)點(diǎn)的位置來實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的子區(qū)域定位的方法。定義了子區(qū)域定位誤差，并且給出了可以精確描述整個(gè)帶狀區(qū)域的定位誤差均值的函數(shù)。在“分而蓋之”節(jié)點(diǎn)分布模式下，通過調(diào)整節(jié)點(diǎn)串之間的偏移距離到某一特定的值，可以最小化整個(gè)長帶區(qū)域的平均子區(qū)域定位誤差值。同時(shí)，本論文也計(jì)算了不同長帶區(qū)域的高度-覆蓋半徑比（HRR）所對應(yīng)的最小平均定位誤差值（MMLE）。
　　論文還提出了一種最優(yōu)

5、節(jié)點(diǎn)部署模式，可以在完全覆蓋一個(gè)長帶區(qū)域的同時(shí)，最小化節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。這種最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)部署模式同樣是使用節(jié)點(diǎn)串來實(shí)現(xiàn)全覆蓋，并通過計(jì)算得出對應(yīng)不同帶寬的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)距離、串偏移距離以及串間距離。
　　在隨機(jī)部署無線移動傳感器網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)部署目標(biāo)是通過移動節(jié)點(diǎn)從而實(shí)現(xiàn)長帶區(qū)域全覆蓋，并且在移動的過程中最小化總的節(jié)點(diǎn)移動距離，或者最小化單個(gè)節(jié)點(diǎn)最長移動距離從而節(jié)省能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)壽命。本文將上述兩個(gè)優(yōu)化問題分別轉(zhuǎn)化為二分圖最優(yōu)匹配問題以及網(wǎng)絡(luò)