無線傳感網(wǎng)絡(luò)部署算法與部署機器人若干技術(shù)研究.pdf

1、無線傳感網(wǎng)絡(luò)是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一，其應(yīng)用范圍涵蓋生物觀測、軍事偵察、建筑物檢測、人體健康監(jiān)測等一系列領(lǐng)域。本文所研究的無線傳感網(wǎng)絡(luò)部署問題是無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)研究之一?？紤]到真實環(huán)境對節(jié)點間無線通信連接的影響，本文采用一個或多個機器人在目標(biāo)區(qū)域逐一部署傳感器節(jié)點，最終實現(xiàn)目標(biāo)區(qū)域的全覆蓋和無線傳感網(wǎng)絡(luò)的連接?；诖朔N部署模式，本文分別研究了具有實用性的無線傳感網(wǎng)絡(luò)部署和維護算法。針對機器人在實際部署中需要相互配合和感知環(huán)境的需求，

2、本文研究了部署機器人的幾種新技術(shù)并設(shè)計了樣機。本文的研究成果和主要貢獻如下:
　　 研究基于傳感器實際通信限制和實際覆蓋模型的無線傳感網(wǎng)絡(luò)部署問題。提出了基于一個機器人或多個機器人協(xié)作的增量式部署算法。機器人采用環(huán)路丟包率評價真實環(huán)境對無線通信質(zhì)量的影響，實時檢測傳感器的連接性，保證已部署傳感器節(jié)點的連接。采用協(xié)作概率模型作為傳感器的覆蓋模型，使目標(biāo)區(qū)域覆蓋度滿足預(yù)設(shè)要求。通過仿真和實物實驗驗證算法的有效性。
　　 研究

3、無線傳感網(wǎng)絡(luò)在電力架空輸電線覆冰厚度檢測中的部署應(yīng)用。首先提出了一種新的基于電容傳感器的覆冰厚度檢測方法并設(shè)計了檢測傳感器，然后據(jù)此建立了覆冰傳感器的覆蓋模型。最后根據(jù)所提出的部署算法在電力架空線上的適當(dāng)位置部署覆冰傳感器，組成一個覆蓋待監(jiān)測架空線的無線覆冰監(jiān)測系統(tǒng)。此項研究內(nèi)容是上述部署算法的應(yīng)用實例，以此說明在實際問題中如何部署傳感網(wǎng)絡(luò)，從而證明了部署算法的實用價值。
　　 研究基于傳感器實際通信限制和實際覆蓋模型的無線傳感

4、網(wǎng)絡(luò)維護問題。當(dāng)傳感網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，在幸存節(jié)點和故障節(jié)點位置、障礙物形狀和位置未知的情況下，推廣上述部署算法，利用一個或多個部署機器人通過部署盡量少的新節(jié)點重建傳感網(wǎng)絡(luò)的連接以及重新滿足目標(biāo)區(qū)域的覆蓋要求。解決了機器人在維護過程中搜索幸存節(jié)點和避開障礙物的問題。
　　 針對部署機器人協(xié)調(diào)控制的需求，設(shè)計制作了既能測量機器人間相對位置又能區(qū)分不同機器人的紅外傳感器，并分析其工作原理。此傳感器不受反射表面材質(zhì)的影響且可以在光線不足的

5、環(huán)境中使用?；诖思t外傳感器，設(shè)計了用于多機器人協(xié)調(diào)控制的平臺。此種相對位置測量技術(shù)為多機器人協(xié)調(diào)部署傳感網(wǎng)絡(luò)提供了技術(shù)支撐。提出了基于無線通信的多機器人集結(jié)算法，和一種改進的多機器人旋轉(zhuǎn)追蹤隊形控制算法。此兩種算法解決了多部署機器人的兩個重要協(xié)調(diào)控制問題。把機器人平臺分別應(yīng)用于集結(jié)和隊形控制問題中，通過仿真和實驗驗證了算法和機器人平臺的性能。
　　 針對部署機器人在運動過程中需要感知周圍環(huán)境的需要，研究機器人的三維環(huán)境感知系統(tǒng)

6、。利用二維激光掃描儀構(gòu)建三維掃描系統(tǒng)，使得機器人在光線不足的條件下仍能感知周圍環(huán)境。設(shè)計了視野及區(qū)域分辨率可調(diào)的三維掃描裝置，分析如何由二維激光掃描儀獲得三維圖像。針對多幅三維圖像合成目標(biāo)物體三維模型的問題，提出了選擇重疊區(qū)域的視點規(guī)劃算法。此種三維感知系統(tǒng)為機器人在部署過程中檢測障礙物和識別物體提供了一種技術(shù)手段。
　　 本文所提出的無線傳感網(wǎng)絡(luò)部署和維護算法，不僅進行了計算機仿真而且通過多組實物實驗驗證了算法的有效性和實用性