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无线传感器/执行器网络中节点实时覆盖和调度算法的研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究目的与意义

1.2 课题研究来源

1.3 国内外研究现状

1.4 论文主要内容及组织结构

第2章 无线传感器/执行器覆盖及连通性判别标准的研究

2.1 WSANs覆盖问题的分析

2.1.1 覆盖问题的分类

2.1.2 节点的感知模型

2.1.3 节点的区域覆盖研究

2.2 连通性覆盖评判准则

2.3 本章小结

第3章 基于正六边形网格的执行器节点实时覆盖算法

3.1 覆盖算法的比较分析

3.2 算法理论

3.2.1 正六边形网格理论

3.2.2 实时覆盖标准

3.3 系统模型及相关问题陈述

3.3.1 系统模型

3.3.2 相关参数定义

3.3.3 算法设计重点

3.4 基于正六边形网格的实时覆盖算法

3.4.1 算法描述

3.4.2 基于正六变形网格的辅助算法

3.4.3 执行器节点重定位算法

3.5 实验仿真

3.5.1 验证ARP-RHG算法的实时覆盖的有效性

3.5.2 验证ARP-RHG算法的收敛性

3.6 本章小结

第4章 基于完全覆盖的传感器节点的优化调度算法

4.1 覆盖模型建立

4.2 传感器节点全覆盖概率分析

4.2.1 全覆盖概率分析

4.2.2 节点完全覆盖节点密度分析

4.3 基于位置的传感器节点优化调度算法

4.3.1 系统模型

4.3.2 节点调度

4.3.3 算法描述

4.4 实验仿真

4.4.1 算法有效性

4.4.2 网络能耗比较

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

致谢

参考文献

读硕士学位期间主要的研究成果

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摘要

无线传感器与执行器网络的研究中,覆盖、连通以及实时性的研究非常的重要,它们能够保障网络正常运行。覆盖问题确保监测信息的完整性,节点间的连通可以确保监测的数据不会丢失,网络的实时通信确保及时的监测信息并在有效期内做出响应。连通性实时覆盖是上述三者的综合,通过对节点拓扑结构的合理控制,既考虑网络的覆盖能力和连通问题,且兼顾执行器节点实时响应事件的能力,更好的满足应用的需求。本文较深入的研究了无线传感器/执行器网络的连通性实时覆盖以及网络能耗问题,研究的工作分别从下述3点展开:
   (1)深入的研究了无线传感器/执行器网络,分析覆盖问题的分类,重点的研究节点的区域覆盖问题。综合覆盖该问题的分析,总结了连通性覆盖的评判标准。在这些的基础之上,分析比较了近年来经典的执行器节点连通性覆盖算法。对算法的思想、应用范围、算法优劣等方面进行的对比,为更好的研究确定了明确的方向。
   (2)在研究执行节点的覆盖问题时,既要考虑网络的实时性问题,又要考虑监测区域的空洞问题;与此同时,还需要兼顾到最优化覆盖以及算法收敛性等问题。因此,本文提出了一种基于正六边形网格的执行器节点实时覆盖算法(ARP-RHG)。ARP-RHG是一个分布式算法,根据实时覆盖的约束条件,在正六边形网格理论的基础上,通过对执行器移动的拓扑结构的控制,实现对传感器节点及事件区域的最优覆盖。ARP-RHG算法不但实现了执行器节点最大化覆盖,保证了节点间的单项连通性,在一定程度上,有效的提升了整个网络的收敛度。仿真实验证明了ARP-RHG算法的实时覆盖有效性和收敛性。
   (3)已有研究表明传感器节点在事件区域中的随机部署方式满足泊松点过程。因此本文在此理论的基础上,对无线传感器/执行器网络中的传感器节点的个数(即部署节点密度)与完全覆盖监测整个事件区域的概率进行了分析。根据分析结果,提出了基于完全覆盖的传感器节点调度优化算法(OSACC),通过实验仿真,验证该算法能够在保证覆盖质量的同时,有效的节约节点的能量。

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