有向感測器網路中柵欄覆蓋最佳化理論及算法研究

《有向感測器網路中柵欄覆蓋最佳化理論及算法研究》是依託北京交通大學，由陶丹擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：有向感測器網路中柵欄覆蓋最佳化理論及算法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：陶丹
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

覆蓋作為無線感測器網路中的一個基本問題，反映了無線感測器網路對監測區域所能提供的感知服務質量。現有的無線感測器網路中覆蓋控制方法的研究大都是基於全向感知模型展開的，這種感知模型假設存在著理想化和局限性，不能很好地實現對圖像/視頻、音頻、紅外、超音波等感測器節點的方向性感知能力進行有效刻畫。為此，本課題以節約網路能量資源、延長網路工作壽命、提高網路覆蓋性能為最佳化目標，開展有效支持移動目標監測的有向感測器網路柵欄覆蓋最佳化理論與算法研究，包括柵欄覆蓋形成條件的分析與評估、分布啟發式的柵欄覆蓋靜態檢測以及能量高效的柵欄覆蓋動態構建等關鍵技術，並通過理論分析和仿真實驗的手段評價和驗證所設計理論與算法的有效性。本課題研究工作具有很好的創新性和實用性，其研究成果可直接用於基於有向感測器網路的監控套用中，將推動相關學科的發展，其套用具有重大的經濟效益和社會效益。

結題摘要

現有的無線感測器網路中覆蓋控制方法的研究大都是基於全向感知模型展開的，這種感知模型假設存在著理想化和局限性，不能很好地實現對圖像/視頻、音頻、紅外、超音波等感測器節點的方向性感知能力進行有效刻畫。有向感測器網路覆蓋控制是一個全新的研究領域。作為一種監測套用密切相關技術，有向感測器網路中覆蓋控制已不僅僅是單純的覆蓋含義，更與能量節約、目標探知、路徑規劃等具體套用緊密相關聯。 由此，本項目以節約網路能量資源、提高網路覆蓋性能為最佳化目標，開展有效支持移動目標監測的有向感測器網路柵欄覆蓋最佳化及其相關理論與算法研究。在感測器網路，特別是有向感測器網路中區域覆蓋控制、柵欄覆蓋控制、移動協助數據採集、數據可靠傳輸等方面積累了一系列國際先進國內領先的科研成果。其一、基於群智智慧型思想提出分散式網路區域覆蓋控制算法，通過模擬魚群的群行為實現有向感測器節點感測方向的最佳化布局，對指導大規模無線感測節點的初始化布局具有較好的理論價值。其二、提出集中式和分散式柵欄覆蓋判定算法，基於圖論快速判定已知網路部署情況下是否能夠成柵欄覆蓋，並設計滿足不同目標函式的策略以找到構成柵欄覆蓋的有向感測節點布局。其三、研究柵欄覆蓋空洞修補，通過對柵欄覆蓋空洞的準確定位，計算出修補柵欄覆蓋空洞所需要額外增補的最小數目感測器節點。其四、提出能量有效的移動Sink數據採集方法，用整數線性規劃方法表述待解決問題，根據網路參數對單/多Sink移動軌跡進行規劃。其五、設計基於Zigbee協定的無線圖像感測器節點的系統方案，完成圖像採集和處理，並提出基於Zigbee套用層的高效型重傳與返回確認機制，提高圖像數據傳輸的可靠性。本項目研究成果可直接用於大規模無線多媒體感測器網路、物聯網的數據採集、傳輸套用中，將推動相關學科的發展，其套用具有重大的經濟效益和社會效益。 在本項目為期三年的資助下，申請人以發表的論文作為創新成果的載體，發表國內外重要領域SCI收錄期刊論文4篇（A3：1篇，A4：3篇）、A5類論文1篇、B類論文1篇、D類論文2篇；申請並授權發明專利1項、軟體著作權1項；培養碩士研究生2名（成果形式：碩士畢業論文）。在國際交流方面，積極參加領域知名國際學術會議（如：MASS2013、IIH-MSP2014），宣講論文並與同行交流學術問題。完成項目預期任務。