无线传感器网络基于分簇的定位与覆盖算法的研究

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随着传感器技术、微机电技术、嵌入式计算技术和无线通信技术等的飞速发展,使得成本低、体积小、功耗低、功能强大的无线传感器网络的大规模运用成为了可能,在国防、军事、医疗、环境监测等领域得到了广泛的应用。路由协议、定位、融合、覆盖等是在无线传感器网络研究中比较重要的几个关键技术,其中,无线传感器网络的定位问题是其各类应用,包括监测、跟踪、识别等的前提,也是当前无线传感器网络研究中最热点的问题之一;而网络覆盖决定了无线传感器网络能够提供服务的范围,它在很大程度上影响网络的成本和各类应用的性能,也是无线传感器网络设计中必须考虑的首要问题之本文主要对无线传感器网络中的定位和覆盖技术做了较为深入的研究。在节点定位方面,探讨了一种基于分簇的定位算法,由于传感器节点受能量、体积等因素的限制,并且通常工作在人们无法到达或不宜接近的地方,因此本文综合考虑了网络的能量、时延、通信量以及节点的定位精度等,提出了一种基于分簇的定位算法。首先由Sink节点确定网络的簇头个数,将网络按密度和剩余能量分成多个簇,再由各个簇单独采用DV-Hop和RSSI相结合的定位算法进行节点定位。由于在很多应用场合,传感器节点是由飞机布撒的方式部署的,为了使节点能够充分覆盖整个监测区域,则必须布撒足够多的传感器节点。这样一来就会产生很多冗余节点,为了提高节点的利用率、降低节点的能耗提出了一种新的节能CPNSS算法,CPNSS算法能够在确保网络完全覆盖的基础上,寻找最优的节点数,通过将冗余节点转为休眠状态来达到节省能量的目的,但是该算法没有考虑节点的剩余能量,节能CPNSS算法考虑了节点的剩余能量,能够避免节点的过早死亡,均衡网络的综合能量。使用Matlab7.0仿真可知,基于分簇的定位算法有效地降低了网络的通信量,显著地提高了节点的定位精度。此外,本文所提出的节能CPNSS算法能够在保证网络初始覆盖的前提下,大大地提高节点的利用率,均衡网络能量,延长网络的生存时间。
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