無線多媒體傳感器網(wǎng)絡的覆蓋控制與目標跟蹤問題研究.pdf

1、無線通信技術、微電子技術和微機電技術的迅猛發(fā)展,催生了無線傳感器網(wǎng)絡。無線傳感器網(wǎng)絡包括全向的傳感器網(wǎng)絡(WSNs,其感知范圍為一個圓形區(qū)域)與無線多媒體(有向的)傳感器網(wǎng)絡(WMSNs,其感知范圍為一個扇形區(qū)域)。目前,關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,而且已有的關于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡覆蓋的研究雖然考慮了節(jié)點的有向性和可轉(zhuǎn)動性,但是在“覆蓋”的定義與計算中卻僅考慮了節(jié)點瞬時感知范圍的影響,沒

2、有考慮節(jié)點的轉(zhuǎn)動對“覆蓋”的影響,所以已有的研究成果對于實際的應用具有一定的局限性。總之無線多媒體傳感器網(wǎng)絡面臨著很多新的挑戰(zhàn),迫切需要全新的解決方法,以指導有向感知網(wǎng)絡系統(tǒng)的有效實現(xiàn)。
　　 本文基于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡實際應用,考慮傳感器的有向性和可轉(zhuǎn)動性,將傳感器的轉(zhuǎn)動引入到“覆蓋”的定義與計算中,引入“延時”的概念,分別建立延時感知模型與無延時感知模型,并基于無延時、延時感知模型對覆蓋控制、覆蓋增強、目標跟蹤進行系統(tǒng)的、

3、更深入的研究。所進行的主要工作如下:
　　 (1)感知模型。本文在多媒體傳感器網(wǎng)絡覆蓋研究中,將傳感器的轉(zhuǎn)動引入到“覆蓋”的定義與計算中,引入“延時”的概念,將各種應用分為無延時覆蓋與延時覆蓋,并且根據(jù)節(jié)點的放置高低,本文將各種應用又分為:節(jié)點放置在目標區(qū)域內(nèi)與節(jié)點放置點高于目標平面兩種情形,最后綜合考慮網(wǎng)絡的延時性要求和節(jié)點的放置位置,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)點數(shù)量、節(jié)點屬性

4、(如節(jié)點位置、節(jié)點感知夾角、瞬時感知方向或者鄰居節(jié)點間的方向差、節(jié)點轉(zhuǎn)速等)對目標區(qū)域或者目標點覆蓋的影響,從而部署最優(yōu)個數(shù)的節(jié)點來滿足覆蓋要求;并對節(jié)點部署方案進行研究,確定節(jié)點的放置距離、節(jié)點屬性對目標區(qū)域覆蓋的影響。
　　 (3)覆蓋增強。在無人值守的環(huán)境中,網(wǎng)絡節(jié)點的能源(電池)無法補充,這樣極大地縮短網(wǎng)絡的壽命,為了盡可能延長網(wǎng)絡壽命,需要大量地部署冗余節(jié)點,通過關閉、喚醒冗余節(jié)點,來延長網(wǎng)絡壽命;在初始部署后,由于節(jié)

5、點感知方向的隨機性和節(jié)點位置的隨機性,網(wǎng)絡還可以通過控制節(jié)點轉(zhuǎn)動到較優(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計了相應的覆蓋增強算法,既關閉了大量的冗余節(jié)點且增加了區(qū)域覆蓋率。
　　 (4)目標跟蹤。當目標穿越網(wǎng)絡時,喚醒哪些節(jié)點來監(jiān)測目標且消耗較少的網(wǎng)絡資源是一個很重要的問題。本文提出一種同時適合二維與三維目標跟蹤的節(jié)點調(diào)度算法以實現(xiàn)喚醒盡可能少的傳感器來對目標進行完全監(jiān)測。
　　 (5)路徑監(jiān)測能力分析。