摘要
无线传感器网络(WSN，Wireless Sensor Network)已广泛应用于军事、农业、医疗等领域。WSN网络对监测区域的覆盖率则是评价WSN服务质量的重要指标。由于节点被随机部署，以及存在节点能量耗尽或节点故障等因素会导致监测区域内出现覆盖空洞，可能造成网络传输中断，影响所采集数据的可靠性。因此，部署WSN网络后，研究在监测区域内识别是否存在覆盖空洞;部署可移动传感器节点对覆盖空洞区域进行遍历、采集数据，对覆盖空洞进行修复，并把数据转发到基站等问题就很有必要。 论文的主要工作与创新点如下: 1.基于Elfes覆盖模型，论文研究了在出现失效节点时动态检测覆盖空洞的机制。部署WSN网络后，首先将监测区域网格化，然后基于故障节点的最大感知区域和故障节点的邻居节点的门限感知区域来判断是否存在候选的覆盖空洞区域。这可以通过计算构成候选覆盖空洞区域的边界点集合来实现。仅当边界点集合非空时才从候选覆盖空洞区域内的网格中采样随机点并计算该点的检测概率。若存在一点的检测概率低于指定门限值，则判定存在覆盖空洞。仿真结果表明，所提方案在识别覆盖空洞时相较于HDRE方案减少了采样点数。此外，当故障节点为冗余节点时，论文提出的方案无需执行随机抽样，从而提高了检测方案的计算效率。由于方案需要获取各节点的全局地理位置信息以计算边界点的坐标，进一步提出了基于节点的距离信息设置节点的局部坐标以完成计算边界点的方法。 2.针对分配多个移动节点完成修复监测区域内部覆盖空洞的问题，提出了基于求解最小代价哈密尔顿回路的近似算法的分配策略与基于距离最近的贪心选择的策略。将监测区域划分为离散网格后，首先根据部署节点的感知半径确定在监测区域内部的空洞网格集合。其次基于集合覆盖提出了关键空洞网格的概念。然后考虑分派多个可移动的传感器节点遍历全部的关键空洞网格以有效地采集数据。这就转化为基于多个移动节点的目标覆盖问题。仿真结果表明，与现有的分派多个可移动节点遍历空洞网格的策略相比，论文提出的两种策略在修复覆盖空洞时具有降低多个移动节点总移动距离之和的优点。 3.针对移动节点把数据转发到基站的问题，提出了一种基于分层节点调度的数据转发策略。在每一层进行数据转发时，需要调度上一层的接收节点接收当前层数据源节点的数据。要求根据接收节点的工作周期配额的限制条件，最大化接收节点集的总工作周期长度。在建立分层节点调度问题的混合整数规划模型后，根据数据接收节点对源节点的覆盖关系，通过随机选取可覆盖源节点集的接收节点集族，把混合整数规划问题近似转换为相关的线性规划问题，并进行求解。仿真结果表明，与已有的基于贪心策略的数据转发方案相比，论文提出的方案在每层能够明显优化接收节点集的总工作周期长度。
NETL