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覆盖问题始终是无线多媒体传感器网络(WMSN)中研究的重要领域。为了实现对被监测区域的全方位覆盖,以及能够捕捉到进入该区域目标的有效信息,同时尽可能延长网络寿命,提出了一种基于异构节点的全视角强栅栏覆盖模型,借助红外线传感器辅助相机传感器节点完成对一个指定区域的监测。在研究过程中,受到了分治策略的启发,将目标区域分为若干正三角形网格,采用唤醒机制有效节约网络能量。仿真实验表明,该模型能够通过消耗较少的能量,实现对一个区域的覆盖监测,延长了网络寿命。
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收稿日期:20151024;修回日期:20160119 基金项目:国家自然科学基金面上项目(61472272);山西省科技基础条件平台建设项目
(
20150910030103);山西省回国留学人员科研资助项目(2013049)
作者简介:郭凯东(1990),男,山西太原人,硕士,主要研究方向为无线多媒体传感器网络、物联网(1215841370@qq.com);冯秀芳(1966),
女,教授,硕导,主要研究方向为传感器网络、物联网、人工智能.
基于异构节点的全视角强栅栏覆盖的研究
郭凯东,冯秀芳
(太原理工大学 计算机科学与技术学院,太原 030024)
摘 要:覆盖问题始终是无线多媒体传感器网络(WMSN)中研究的重要领域。为了实现对被监测区域的全方
位覆盖,以及能够捕捉到进入该区域目标的有效信息,同时尽可能延长网络寿命,提出了一种基于异构节点的全
视角强栅栏覆盖模型,借助红外线传感器辅助相机传感器节点完成对一个指定区域的监测。在研究过程中,受
到了分治策略的启发,将目标区域分为若干正三角形网格,采用唤醒机制有效节约网络能量。仿真实验表明,该
模型能够通过消耗较少的能量,实现对一个区域的覆盖监测,延长了网络寿命。
关键词:无线多媒体传感器网络;异构节点;全视角;强栅栏覆盖;唤醒机制
中图分类号:TP393.07 文献标志码:A 文章编号:10013695(2017)01017304
doi:10.3969/j.issn.10013695.2017.01.038
Studyfullviewofstrongbarriercoveragebasedonheterogeneousnodes
GuoKaidong,FengXiufang
(CollegeofComputerScience&Technology,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)
Abstract:Inthestudyofwirelessmultimediasensornetworks(WMSN),thecoverageissuehadbeenalwaysanimportantar
ea.Inordertoachievefullviewcoverageofthemonitoredarea
,aswellastocapturetheeffectiveinformationwhichentered
thearea,meanwhile,asfaraspossibletoextendthenetworklife,thispaperproposedamodelbasedonheterogeneousnodes
offullviewstrongbarriercoverageinWMSN.Itusedinfraredsensorstoassistthecamerasensornodestoachieveadesignated
areamonitoring.Duringthestudy,inspiredbythedivideandconquerstrategy,itdividedthetargetareaintoseveralgridofe
quilateraltriangles,usedwakeupmechanismtosavenetworksenergyeffectively.Simulationresultsshowthatthismodelcan
consumethelessenergytoachievecoveragemonitoringofanareaandprolongthenetworklifetime.
Keywords:wirelessmultimediasensornetwork;heterogeneousnodes;fullview;strongbarriercoverage;wakeupmecha
nism
%
引言
无线多媒体传感器网络被广泛使用在医疗、国防、交通等
领域。例如,在国家边境处部署传感器节点,就能够有效监测
边境状况,防止入侵;在博物馆架设传感器节点就能够监控被
保护区域的情况,提高安全性;在道路两旁设置传感器节点便
可以随时监控车辆的行驶状况。在一些要求比较高的监测领
域中,期望能够使得不论目标以何种路径进入被监测区域时,
都能够被监测到,这就需要对该区域实现强栅栏覆盖
[1]
。与
此同时,为了能够捕获有效的目标信息,希望能够尽可能捕捉
到目标的正面图像,提出了一种全视角覆盖模型
[2]
。
有关栅栏覆盖的研究已有了一定的工作基础。文献[3]
中根据分治法的理念,提出了一种基于数据融合的概率感知模
型,该模型能够有效提高区域覆盖率、延长网络寿命,但难以保
证有效识别进入覆盖区域的目标信息。文献[4]采用了分治
思想,将监测区域分成了小的时间片,设计了一种基于异步唤
醒模式的栅栏修复策略,提高了网络鲁棒性,但难以保证覆盖
率。文献[5]模拟了一种在视角受限的条件下,判断一个网络
能否在指定区域实现强栅栏覆盖的分布式算法,能够较好地满
足强栅栏覆盖要求,算法效率高,但消耗网络能量较多。文献
[
6,7]通过在被监测区域部署多条栅栏,以期实现 k栅栏覆
盖,能够使网络具有较好的覆盖率,但算法使得网络冗余节点
增加,不利于延长网络寿命。文献[8,9]研究了三个方面的问
题,分别是栅栏覆盖的可行性、最小化传感器节点移动的最大
距离、最小化全部传感器节点移动的总距离。最终证明能够在
多项式时间内解决形成栅栏覆盖所需的最小距离的问题,降低
了算法的时间复杂度,但增加了网络部署难度,缺乏实际意义。
文献[
10]在全视角覆盖模型下,提出了解决最小化传感器数
量的栅栏覆盖问题的方案,有利于节约网络能量,同时形成全
视角覆盖,能够有效识别入侵目标。
由于在捕捉目标信息的同时,希望能够获得可以识别目标
的图像数据,为了达到这一目的,就提出了一种全视角覆盖的
概念
[11]
。文献[12]在均匀分布和泊松分布两种情况下,提出
了一种能够获得全视角覆盖的充要条件,有利于获取监控区域
的有效信息,但无法保证覆盖率。文献[13]在栅栏覆盖的条
件下,设计实现了一种基于可旋转角度相机传感器节点的全视
角覆盖模型,克服了定向传感器的弊端,但增加了网络能耗。
文献[14]分别提出了集中式和分布式的全视角覆盖算法,最
大化全视角覆盖范围,提高了覆盖率,降低了网络能耗,但无法
解决随机部署带来的不确定性。文献[15]分别分析了随机部
第 34卷第 1期
2017年 1月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol.34No.1
Jan.2017
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weixin_38506852
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