无线传感器网络新覆盖模型的研究――单向栅栏覆盖

无线传感器网络作为物联网的重要基础，得到了广泛的重视。传感器网络最主要的应用是感知监测周围事物，而监测质量的好坏由传感器网络的覆盖（coverage）决定。因而，覆盖问题是传感器网络中的基础性问题之一。本项目针对机场、建筑工地、化学工厂、电影院、公园、旅游景点等应用中只监测某个方向目标的要求，提出新的覆盖模型――单向栅栏覆盖。与已被广泛研究的完全覆盖和栅栏覆盖相比，单向栅栏覆盖需要从所有目标中区分出非法目标，使网络提供覆盖的难度大大提高。本项目的主要研究内容包括：探究网络提供单向栅栏覆盖的充分与必要条件、研究单向栅栏覆盖的质量、设计算法在保证单向栅栏覆盖的同时最大化网络的寿命、研究网络随机部署时的节点密度问题。我们不仅进行网络仿真，还将对设计的算法协议进行数学分析与实验验证，为研究成果的转化铺平道路。本项目将为传感网络在上述的各种应用中的部署与运作奠定理论基础，加速传感器网络的普及。

栅栏覆盖在无线传感器网络领域中已经得到了深入广泛的研究，其目的是在给定的带状区域内发现任何穿越行为。对于很多监测入侵的应用，只有从一个方向来的入侵者是非法的。因此，本研究引用了新的覆盖模型——单向栅栏覆盖。在本模型下，网络需要报告非法的入侵者而忽略合法的。..本研究提出了单向栅栏覆盖的合理定；建立了六种传感器感知模型，包括二元传感器、计数传感器、趋势传感器、方向传感器、距离传感器和位置传感器；得到了传感器网络提供单向栅栏覆盖的充分条件与必要条件；证明了如果对入侵者不做限制，二元传感器、计数传感器、趋势传感器、方向传感器和具有圆盘感知模型的距离传感器不能提供单向栅栏覆盖；也证明了位置传感器与具有非圆盘感知模型的距离传感器可以提供单向栅栏覆盖；对不同的传感器，设计了不同的协议来提供单向栅栏覆盖，以节约传感器的布设，提高网络的寿命；评估验证了所设计的协议的性能。..本研究可为未来单向栅栏覆盖问题的进一步研究指明方向。