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20世纪90年代以来,随着工业技术和信息技术等技术的飞速发展,具有处理能力、感知能力和无线通信能力的智能传感器以及由其自组织组成的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)得到了人们广泛的关注。覆盖控制作为无线传感器网络中的一个基本技术,可以使得无线传感器网络的空间资源得到优化配置,从而高效地完成对物理世界的监测、数据处理和传输的任务。
网络覆盖控制技术和能量消耗控制技术是无线传感器网络的研究重点。网络覆盖率体现了无线传感器网络对物理环境的监测能力,能量消耗决定了无线传感器网络的生命周期。本文研究了无线传感器网络中的瓶颈节点和覆盖空洞修复问题,并致力于研究移动节点在无线传感器网络覆盖控制优化中的重要作用。具体工作如下:
(1)瓶颈节点是在无线传感器网络中由于节点随机布撒的原因产生连接两个或是多个区域的孤立节点。由于此类节点对网络的生命周期存在着很大的影响,本论文改进了一种分布式瀑布型节点移动方案,其思想是通过Dijkstra算法在目标区域中找出一组最优节点组合,然后每个节点同时依次移动到自身的目标位置处,该方案减少了节点移动的距离和节约了节点移动所消耗的能量,同时也缩短了网络覆盖初始化的时间。通过移动一定数量的节点到瓶颈节点的附近来均衡它的通信量,进而延长了整个网络的生命周期。仿真实验结果表明该方法能有效地提高整个网络的生命周期,均衡整个网络中节点的能量消耗。
(2)针对无线传感器网络中因节点的任意布撒或环境的破坏而出现的覆盖空洞现象,本文采用移动节点进行修复的思想,改进了一种分布式的基于向量代数的方法来确定节点的移动方向和通过通信半径来确定节点的移动距离的节点移动方案,该方案能够快速高效地修复网络中出现的覆盖空洞,进而提高了整个网络的稳定性和服务质量。仿真实验结果表明该策略提高了网络的覆盖率、减少了所需移动节点的个数和移动节点的能量消耗,同时算法具有较好的稳定性。
综上所述,本文针对覆盖控制问题中所产生的瓶颈节点和覆盖空洞提出了相应的解决方案,对推进无线传感器网络的理论研究和实用化具有一定的指导意义。