本文主要研究了三维无线传感器网络中的K重覆盖问题,分别从确定性覆盖和随机覆盖两个方面进行了深入探讨。在确定性覆盖方面,通过比较立方体、六棱柱和截角八面体的覆盖冗余度,得出截角八面体是最佳填充单元。在随机覆盖方面,提出了一种随机部署节点的工作选择机制,并比较了几种多面体的空间密度值,同样得出截角八面体是最佳选择。还提出了一种改进的空洞修复策略。最后通过仿真实验验证了截角八面体在三维无线传感器网络K重覆盖中的优越性。
一、引言
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)由多个传感器节点、汇聚节点和终端组成,能够协作感知、采集和处理网络覆盖区域内的各种环境参数或监测对象信息。覆盖问题是无线传感器网络研究的热点问题之一,其目的是用尽可能少的传感器节点和能量来完成对目标区域的监测。对于三维监测区域,由于实际应用中大多数情况需要在三维空间中放置传感器节点,因此研究三维空间中传感器K重覆盖的问题具有重要意义。
二、相关工作
目前,关于二维平面上的无线传感器网络覆盖问题已有较多研究,然而实际应用中通常需要在三维空间中部署传感器节点。本文研究的是三维空间中传感器K重覆盖的问题。针对这个问题,已有文献提出了基于空间镶嵌的覆盖机制、基于概率的覆盖方法以及使用规则多面体的填充特点等方法。
三、覆盖机制
本文分别研究了确定性覆盖和随机覆盖两种情况下的三维无线传感器网络K重覆盖问题。
1. 确定性覆盖
在确定性覆盖中,本文将传感器节点放置在空间填充多面体的顶点上,保证多面体能被完全覆盖。通过比较立方体、六棱柱和截角八面体的覆盖冗余度,得出截角八面体是最佳填充单元。
2. 随机覆盖
在随机覆盖中,本文将传感器节点随机部署在三维目标监测区域中,并提出了一种随机部署节点的工作选择机制。通过比较几种多面体的空间密度值,同样得出截角八面体是最佳选择。
四、实验仿真
为了验证理论分析结果,本文利用MATLAB仿真软件进行了实验仿真。实验结果表明,截角八面体在三维无线传感器网络K重覆盖中具有最低的覆盖冗余率和空间密度值。
针对三维无线传感器网络K重覆盖问题,本文分别从确定性覆盖和随机覆盖两个方面进行了研究,并通过实验仿真验证了截角八面体在三维无线传感器网络K重覆盖中的优越性。未来工作将研究在网络能量消耗过程中,如何根据网络状态动态选择工作节点,以及进一步优化空洞修复策略。
参考文献:
[参考上文]