无线传感器网络的两点联合检测模型及空间覆盖的研究

【摘要】：无线传感器网络的基本任务是完成指定区域的覆盖及区域中事件信息的检测，因此检测和覆盖问题就成为无线传感器网络设计和应用中的基础性和普遍性问题之一，目前对于无线传感器网络检测与覆盖问题的研究形成了大量的理论成果，但这些理论成果主要还存在以下三点不足：(1)大部分研究都基于纯计算几何、单位元（球）模型或者二值检测模型，忽视了环境噪声和信号衰减的影响。（2）多数研究对传感器节点的接收信号采用独立同分布的理想化假设，没有考虑节点接收信号之间的空间相关特性。（3）大部分研究针对理想的二维平面场景，而当前很多无线传感器网络的实际应用已经扩展到三维空间。 针对这些不足，本文研究了无线传感器网络中的两点联合检测模型，该模型考虑在噪声环境下，以近距离布置的一对节点作为传感器网络中的基本检测单元，利用接收信号之间的空间相关特性，采用不同的检测器对两点联合检测模型中两个节点的接收信号进行数据融合和联合判决。在纽曼-皮尔逊准则下，对于给定的虚警概率，求出各检测器的检验统计量和检测门限值，利用蒙特卡洛计算机模拟的方法求出节点对周围区域的检测概率，得到检测概率的分布。通过仿真，比较采用不同检测器的两点联合检测模型的覆盖性能，得到两点联合检测模型中两点间距对覆盖性能影响的规律。仿真结果说明在考虑接收信号的空间相关性的情况下，近距离布置的两点联合检测模型比传统的单点检测模型有更高的覆盖效率。在此基础上提出基于高效的两点联合检测模型、满足一定检测概率要求的空间覆盖算法。 在总结已有二维平面覆盖算法的基础上，以采用协方差检测器的两点联合检测模型为基本单元，分别利用蜂窝模型和正方形模型完成对二维空间覆盖的仿真。比较能填充空间的多面体的体积比，得出以截顶八面体为基本单元的三维空间覆盖是最高效的，以此为基础，提出基于两点联合检测模型的三维空间覆盖算法。