无线摄像头传感器网络中目标视角驱动的覆盖调度优化研究

Coverage reflects the information requiring ability of sensor networks, which is one of fundamental and important issues in Wireless Camera Sensor Networks. To prompt the coverage quality of sensor networks, deploying many sensors and delivering the facial information of any facing direction of a target is a good way. However, in some practical applications, like monitoring of crossings, only information derived from driving directions is meaningful. Based on this fact, we propose a new coverage model---- β-view coverage model. This project investigates the detection method of β-view coverage and proposes discovery algorithm of β-view coverage combinations. Thereafter, this project studies how to schedule camera sensors and select the working directions of active camera sensors to solve these two problems while fulfils the requirement ofβ-view coverage of targets : 1) maximizing the number of β-view covered targets to reduce the use of camera sensors, 2) minimizing the energy consumption of sensor networks to prolong the lifetime of network.

在无线摄像头传感器网络中，覆盖反应了传感器网络对物理世界的信息获取能力，是传感网中的一个核心问题。为了提高覆盖质量，我们可以通过布置大量摄像头传感器，反馈目标任意一个面朝方向上的面部信息，即全视角（360°）监控一个目标。但是，以这种方式实现的高质量覆盖服务要消耗大量摄像头传感器，布置成本高。因此，本项目根据实际应用中不同目标的视角覆盖需求不同的需求，提出了一个新的覆盖模型——β视角覆盖模型，实现对目标视角的按需覆盖，并探索目标被β视角覆盖的判定条件，及提出β视角覆盖组合的发现算法。而后，本项目进一步研究选择合适的摄像头及其工作方向，在完成对目标的β视角覆盖的同时，提出算法，解决如下两个问题：（1）最大化β视角覆盖的目标数目，减少摄像头的冗余使用，（2）最小化网络能量消耗，延长传感器网络寿命。

覆盖，是对待监控区域或兴趣点所提供的监控质量的一种刻画。传统的目标覆盖解决了目标是否被监控的判定问题。然而，在实际生活中，仅仅能够判断一个目标是否被覆盖是不够的，需要摄像头传感器网络在实现覆盖目标的同时，进一步提供目标的足够面部信息。要实现这个任务，需要安排摄像头传感器的工作方向，调度若干个摄像头对一个目标进行监控，以获取目标的足够面部信息，这就催生了摄像头工作方向的调度研究。. 因此，本项目针对在完成目标视角覆盖的任务时，现有的全视角覆盖模型需要消耗大量的摄像头传感器的缺陷，并结合每个目标的视角覆盖需求不同的事实，展开对目标视角覆盖的研究。我们提出了一个新的覆盖模型——β视角覆盖模型，确定了目标被β视角覆盖的判定方法，明确了一个摄像头组合可以β视角覆盖的目标，并设计了一个找寻所有β视角覆盖的摄像头组合的算法。在此基础上，我们将解决如下两个问题：1）布置完摄像头传感器后，调度摄像头工作方向，使得被β 视角覆盖的目标最多；2）布置足够传感器后，调度摄像头工作方向，在所有目标都被β 视角覆盖的前提下，使网络寿命最大。对于第一个问题，我们提出了一个近似比为1-e-1的近似算法和一个时间高效的贪婪算法，减少摄像头的冗余使用；我们将最小化网络能量消耗问题等价转换为一个线性规划问题，得到了最优的调度方案，从而最大化延长了网络寿命。