无线传感器网络移动节点覆盖控制研究

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1、万方数据分类号：UDC：密级：学位论文无线传感器网络移动节点覆盖控制研究作者姓名：指导教师：申请学位级别：学科专业名称：论文提交日期：学位授予日期：评阅人：杨明张雪峰副教授东北大学理学院硕士系统理论2012年6月2012年7月学科类别：理学论文答辩日期：2012年6月答辩委员会主席：易翻丑印脚．删良东北大学2012年6月万方数据AThesisinSystemTheoryResearchonCoverageControlofMobifity-·assistedSensorsinWirelessSensor

2、NetworksByYangMingSupervisor：AssociateProfessorZhangXuefengNortheasternUniversityJune2012万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：扬明Et期：2,012、6．24学位论文

3、版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口两年一学位论文作者签名：构t丑讨导师签名：l、，1签字日期：2,,012．多、)4签字日期：万方数据东北大学硕士学位论文一Ⅱ．万方数据东北大学硕士学位论文摘要无线传感器网络移动节点覆盖控制研究摘要随着

4、网络技术的进步和机电系统的微型化，部署大量的自治移动传感器节点成为可能。这些传感器节点集成了信息感知、数据处理和无线通信等功能，由这些传感器节点构成的无线传感器网络WSN(WirelessSensorNetwork)在无人监管的情况下，通过传感器节点协同工作实时监测和采集各种环境信息，并将大量详实而有价值数据传送到基站进行处理。当初始部署的节点数目不是很大或有节点因能量耗尽而失效时，网络就会出现覆盖空洞，这时就需要节点在一定移动策略下重新部署以增加网络覆盖率。覆盖控制是WSN中的一个基本问题，它解决如何

5、部署网络中的节点使得目标区域被最大地覆盖。覆盖控制有许多应用：敌对目标跟踪、环境信息采样和监视、区域搜索与救援等。移动节点的覆盖控制也称为移动策略。本文针对传感器网络初始部署存在覆盖空洞时的节点移动策略问题，先后考虑基于虚拟力的节点移动策略和基于Voronoi图的节点移动策略，提出了三种节点移动策略，主要研究工作如下：1．研究节点移动策略的虚拟力算法提出一种新算法，新算法通过在两种虚拟力外增加一种覆盖空洞导向力，促使节点向覆盖空洞移动，同时保证节点的移动距离最小，以节省能耗。计算机仿真表明，同虚拟力算法

6、和覆盖空洞力算法相比，新算法收敛速度更快，网络覆盖率更高，同时节点的移动距离最小。2．研究最优化问题中的群体智能算法，包括粒子群算法、遗传算法和差分进化算法。针对感知覆盖能力不同的异构节点组成的传感器网络，提出了一种新的算法一--CHDDE，新算法将区域的局部覆盖率作为差分进化算法的目标函数，引入覆盖空洞导向力指导算法进化。计算机仿真表明，新算法能有效提高网络的覆盖率同时减少节点的移动距离。3．研究基于Voronoi图的节点移动策略问题，通过提出一个连续可微的覆盖优化函数，利用Voronoi图求函数的梯

7、度，通过数学推导证明函数梯度为零的点就是Voronoi图质心位置。将节点移动到每个Voronoi图的质心位置，以实现网络的均匀分布。计算机仿真表明，新的移动策略具有很好的收敛速度和鲁棒性。关键词：无线传感器网络；移动策略；虚拟力；覆盖空洞；覆盖控制．Ⅲ．万方数据东北大学硕士学位论文摘要．Ⅳ．万方数据东北大学硕士学位论文AbstractResearchonCoverageControlofMobility—assistedSensorsinWirelessSensorNetworksAbstractThe

8、deploymentoflargegroupsofautonomousvehiclesisbecomingpossiblebecauseoftechnologicaladvancesinnetworkingandinminiaturizationofelectromechanicalsystems．Thesesensornodesintegrateinformationperception，dataprocessingandwireless