空间传感器网络复杂区域智能监测技术

本书面向复杂环境和三维空间无线传感器网络的部署问题，对平面有向传感器网络的部署与优化，以及空间无线传感器网络的部署与目标追踪技术进行研究。主要内容包括：感知角度与感知半径可变的节点感知模型；非均匀势场和复杂区域的节点部署模型；覆盖优先的部署算法、连通优先的部署算法和多中心部署算法等平面有向传感器网络部署算法；三维全向感知节点模型和三维有向感知节点模型；三维空间中任意曲面的部署模型、可移动目标模型、部署路径模型。此外，本书还介绍了基于虚拟力理论的不同类型覆盖算法，包括基于加权虚拟力算法，基于复杂路径的自主部署算法以及基于移动目标追踪的部署算法。

目录
前言
目录
第1篇：空间传感器网络技术发展现状
第1章 无线传感器网络简介
1.1无线传感器网络概述
1.２无线传感器网络面临的挑战
第2章 部署技术的发展和评价指标
2.1发展现状5
２.1.1采用确定放置的部署技术
２.1.２采用随机抛洒且节点不具移动能力的部署技术
２.1.３采用随机抛洒且节点具移动能力的部署技术
2.2评价指标
参考文献7
第2篇：平面有向传感网部署及优化
第3章有向感知模型
3.1 概述
3.1.1 有向传感器网络的部署
3.1.2 传统节点模型的缺点10
3.2 AR可变的有向传感器网络节点模型
3.2.1 节点模型
3.2.2 算法描述
3.3结果与分析
3.3.1 感知角度变化
3.3.2 感知半径变化
4.3.3 感知角度与感知半径变化
3.4本章小结
参考文献
第4章部署模型
4.1概述
4.1.1 非均均匀势场部署
4.1.2复杂区域部署
4.2非均匀势场下的部署
4.2.1改进的非均匀有向节点部署算法
4.2.2实验及结果分析
4.3复杂区域的节点部署
4.3.1基于虚拟力的复杂区域覆盖优化算法
4.3.2算法仿真和性能分析
4.4本章小结
参考文献35
第5章部署算法
5.1概述36
5.1.1 有向传感器网络节点部署问题
5.1.2有向传感器网络连通性覆盖问题
5.3.1多中心覆盖问题
5.2覆盖优先的部署
5.2.1覆盖优先的部署算法
5.2.2算法仿真和性能分析
5.3连通优先的部署
5.3.1连通优先的部署算法
5.3.1算法仿真和性能分析
5.4多中心部署
5.4.1问题描述
5.4.2算法描述
5.4.3仿真实验
5.5本章小结
参考文献
第3篇：空间传感器网络自主部署与目标追踪技术
第6章三维节点感知模型
6.1 全向感知模型
6.2有向感知模型
第7章空间部署模型
7.1 概述
7.2任意曲面部署模型
7.2.1仿真模型
7.2.2基于虚拟力补偿的三维空间自主部署算法
7.2.3实验仿真及结果分析
7.2.4平台实验
7.3可移动目标模型
7.3.1有向移动传感器网络三维立体目标覆盖模型
7.3.2三维空间立体目标全覆盖算法
7.3.3实验分析
7.4部署路径模型
7.4.1问题描述
7.4.2自主部署算法
7.4.3仿真实验
7.5本章小结
参考文献
第8章自主部署算法
8.1概述
8.1.1复杂路径
8.1.2移动目标追踪
8.2基于加权虚拟力算法
8.2.1空中虚拟力分解
8.2.2基于加权虚拟力分解的分段部署
8.2.3实验结果与分析
8.3基于复杂路径自主部署算法
8.3.1复杂路径自主部署算法模型
8.3.2三维空间复杂路径自主部暑算法
8.3.3实验仿真与结果分析
8.4基于移动目标追踪部署算法
8.4.1目标追踪算法模型
8.4.2算法描述
8.4.3实验仿真与结果分析
8.5 本章小结
参考文献

无线传感器网络（Wireless Sensor Network， WSN）作为物联网的基本组成部分，已经成为当下的研究热点之一。随着微机电系统技术、无线通信技术和数字电子技术的进步和日益完善，为建立低能耗、低成本的无线传感器网络提供了有利条件。无线传感器网络为日益增加的应用需求提供了足够的发展空间与有效的解决方案，例如基础设施的安全维护管理与监控、人体健康护理、环境监测、战场侦察、食品安全监控与追溯与智慧能源等领域。典型的无传感器网络是由大量低成本、低功耗、包含多种传感器的节点组成，分布在特定的区域。 传感器节点配备了传感器、嵌入式位处理器、射频收发器，不仅有感知功能，还有数据处理能力和通信能力。相比于传统的网络技术，无线传感器网络具有 许多优势，但是在网络结构的设计、模型预算法等方面也存在很多挑战。无线 传感器网络中的传感器节点一般采用电池提供能量，在许多应用中，更换电池或者给电池充电是非常困难甚至是不可能的。无线传感器网络节点需要高密度分布，节点的不可靠性较高，对功率、计算能力和内存容量都有限制。目前为止，在学术与工业领域已经有了很多关于无线传感器网络的研究。

本书重点关注的是无线传感器网络在面向复杂环境和三维空间无线传感器 网络的部署问题。全书从内容结构上可以分为三部分，第1部分包括第1章和第2章，从全局的角度出发综述了无线传感器网络，介绍了无线传感器网络的特点、发展现状、面临的挑战以及评价指标。 第2部分包含第3～5章，重点对平面的有向传感器网络的部署与优化进行研究。 第3章针对现有的有向节点感知模型，分析了现有的有向节点感知模型的 缺点，并且在此基础上设计了一种新的感知角度与感知半径可变的感知模型，节点通过调节自身的感知角度和感知半径的大小，从而达到提高整个覆盖区域覆盖率的目标。 第4章针对有向移动无线传感器网络提出了两种部署模型，分别为非均匀 势场下的部署模型和复杂区域的节点部署模型。非均匀势场下的部署模型主要利用非均匀势场特性解决监测区域内的非均匀部署问题;复杂区域的节点部署模型是通过改进原有的复杂区域的节点部署模型提高监测区域的覆盖率。第5章重点介绍了几种面向平面的有向传感器网络的部署算法，分别是覆盖优先的部署算法、连通优先的部署算法和多中心部署算法，通过对不同的监测环境进行分析，提出不同的部署算法。

第3部分包含第6～8章，重点对空间无线传感器网络的部署与目标追踪技术进行研究。 第6章开始关注空间无线传感器网络的部署，重点介绍了两种三维节点感 知模型，分别为三维全向感知模型和三维有向感知模型。第7章针对三维空间内的无线传感器网络节点部署问题，研究了三种类型 的空间部署模型，分别为在任意曲面的部署模型、可移动目标模型、部署路径模型并且在针对三中模型提出了不同的改进算法，能有效提高三维监测区域的覆盖率。 第8章针对三维空间内无线传感器网络自主部署问题，应用虚拟力相关理论提出了不同的类型覆盖问题的解决算法。基于加权虚拟力算法主要解决空间 内区域覆盖问题，基于复杂路径的自主部署算法主要解决三维路径覆盖问题，基于移动目标追踪的部署算法主要解决三维空间内的目标追踪问题。本书可作为高等院校物联网工程、电子工程、计算机和信息类专业的本科生、研究生的教学参考用书，也可供从事相关行业的研究人员和工程技术人员 阅读参考，对于想了解无线传感器网络的人员来说也可以作为参考资料。