无线传感器网络能量高效综述及连通覆盖问题研究

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近年来,集成了传感器技术、微电子技术和无线通信技术的无线传感器网络取得快速发展,它是由大量微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。无线传感器网络由于其在军事、环境监测、商业领域等有着广阔应用前景而受到了人们的极大关注。  然而,传感器节点的电源能量极其有限,更换电源在大多数应用中也是个不可取的策略,因此,如何高效使用能量来最大化网络生命周期是无线传感器网络的首要设计目标及面临的首要挑战。无线传感器网络的一个典型应用就是用来监视一个区域或者一系列目标,在这种应用中,如何保证在足够覆盖目标区域或目标点的同时延长网络的寿命,是一个需要解决的重要问题。为了达到这一目标,一种广泛采用的策略是选出部分能够足够覆盖目标区域或目标点的节点作为工作节点,同时关闭其他冗余节点,这就是连通覆盖问题。连通覆盖问题与网络能量高效、可靠监测密切相关。  本文对无线传感器网络能量高效问题及连通覆盖问题做了深入的研究。论文分了两大部分。  第一部分对无线传感器网络能量高效问题进行综述。在综述部分首先进行了传感器网络能耗分析及能量高效途径分析,然后分两个方面:能量高效的传感器节点设计及能量高效的传感器网络设计对无线传感器网络能量高效策略进行了归纳、总结。  第二部分对连通覆盖问题进行深入研究。在这部分中,从能量高效角度出发,首先提出基于点覆盖的两个问题:m-覆盖问题及k-连通m-覆盖问题。m-覆盖问题即找出一个最小的活动(传感器)节点集,使得每个目标点至少被该集合中m个节点所覆盖。k-连通m-覆盖问题即找出一个最小的活动(传感器)节点集,使得每个目标点至少被该集合中m个节点所覆盖,且该节点集中节点是k-连通的。接着对关于m-覆盖问题建立基于线性规划的数学模型,然后进行算法设计,设计了一个关于m-覆盖问题的近似算法:LPAlgorithm,然后在关于m-覆盖问题的近似算法基础上进一步提出两个关于k-连通m-覆盖问题的近似算法:kmTSAlgorithm、kmRAAlgorithm。然后进行实验模拟,对实验结果进行分析,并对两个算法进行性能分析。  最后对本文进行了总结,首先总结了本文的主要工作及创新性成果,接着提出了在研究的工作基础上,需要进一步对该课题改进与研究的几个方面。
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