无线传感器网络覆盖算法研究与设计.pdf

哈尔滨工程大学
硕士学位论文
无线传感器网络覆盖算法研究与设计
姓名:赵从欢
申请学位级别:硕士
专业:检测技术与自动化装置
指导教师:王景刚
20090301
摘要无线传感器网络涉及传感器技术、微机电技术、现代网络和无线通信等众多技术,是目前领域研究热点之一。传感器节点体积小,具有信息采集、处数据和无线通信等多种功能,在军事国防、生物医疗、环境监测、智能家目前,无线传感器网络的许多相关技术仍处于探索阶段,覆盖算法就是无线传感器网络研究的基本问题之一,好的覆盖算法可以为传感器网络的楹吐酚尚檠芯刻峁┛煽康闹С郑⒛艽硬煌潭壬咸岣哒庑┬的工作效率、节省能量。论文从无线传感器网络覆盖度的角度出发,设计了网络的覆盖算法。覆盖是指利用网络中的传感器节点对整个目标区域进行监测,从而达到信息采集的目的。为了反映无线传感器网络覆盖的质量,覆盖度通常是评价网络覆盖能力的副曛弧B畚囊跃蔡尴叽ǜ衅魍缱魑I杓颇勘辏感器网络覆盖度,并克服传统算法中可变的节点感知半径以及节点覆盖圆边界效应的影响,更好地满足实际应用需求。无线传感器网络中,为节约能耗仅将高密度随机分布的传感器节点中尽可能少的节点投入活跃工作状态。如何满足目标区域覆盖度且工作节点个数最少的节点集合,是一个难问题。论文设计了一种基于遗传算法的覆盖度优化算法。在算法中,节点的覆盖度作为权值设计目标函数,引入衡,得到更适应实际应用要求的最小覆盖集。关键词:无线传感器网络;覆盖度;网格扫描;遗传算法居、防洪救灾、空间探索等方面具有十分广阔的应用前景。提出一种网格模板扫描算法求解无线传算法的思想,克服了网络中复杂覆盖情况的影响如边界效应、同坐标节点、节点不同感知半径等。仿真表明,算法能在节点数量和覆盖度中做出合理权哈尔滨工程大学硕士学位论文
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研年歹月,/日导师┳:::恐从贸哈尔滨工程大学学位论文原创性声明学位论文授权使用声明:苏从贸作者┳:敞从欢年弓月//日本人郑重声明:本论文的所有工作,是在导师的指导下,由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出,并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。年;月本人完全了解学校保护知识产权的有关规定,即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索,可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文,可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。口在授予学位个月后解密后晒豕こ檀笱徒挥泄夭棵沤斜4妗⒒惚嗟取日期:作者┳口
第滦髀研究的目的近年来,在传感器技术、微电子技术和无线通信技术等领域取得的巨大成就,使得具有实时感知、存储、处理和传输能力的无线传感器网络,⋯成为可能,且其应用范围越来越广。无线传感器网络在制造业、农业、建筑业和运输业等各个领域发挥了巨大作用,对军事领域也正产生革命性的影响。无线传感器网络的巨大应用前景己引起各国政府、研究机构和企业的高度关注,他们纷纷投入巨大的人力、物力和财力进行传感器网络的理论研究和应用推广。困扰无线传感器网络应用的最大问题是能量问题,因为网内节点携带电池能量有限,节点数量众多且通常运行在人类无法接近的恶劣甚至危险的远程环境中,使得无法充电或更换电池。降低节点能耗以延长网络使用寿命的思想贯穿于传感器网络的软硬件设计中,降低功耗的一个途径是设计低功耗硬件,另一个途径是设计高能效的协议软件提高能量利用效率,降低节点能耗。研究表明,节点无线通信模块的能量开销占节点总能耗的%以上,因此降低能耗的关键是降低通信模块的能耗。通信模块处于发送状态的功耗最高,接收状态和空闲状态次之,休眠状态功耗最低,如目前的主流传感器耐ㄐ拍?榇τ诜⑺妥刺墓奈⒔邮兆刺涂障状态的功耗均为、休眠状态下的功耗仅为恼叩墓亩员达到了::虼私档湍芎牡墓丶墙档屯谕ㄐ帕髁亢褪菇诘因此对覆盖问题的研究及在对目标区域覆盖下如何延长网络的生命周期就成了无线传感器网络研究的基本问题之一,好的覆盖算法可以为传感器网络的楹吐酚尚檠芯刻峁┛煽康闹С郑⒛艽硬煌潭壬咸岣哒些协议工作效率、节省能量。尽管目前已有大量关于无线传感器网络覆盖的研究成果出现,但还远远不能满足实际要求。目