[[alternative]]A grid-based hole detection scheme in WSNs

碩士[[abstract]]無線感測網路(Wireless Sensor Networks, WSNs)其技術可廣泛應用在許多領域中，尤其是環境監測。然而，由於部署無線感測節點時的不平均，或有障礙物例如湖和山丘的存在，或感測節點的電量耗盡與被外力破壞等因素，進而造成無線感測網路中存在著空洞(Hole)，而這些空洞會使無線感測網路的效能降低。因此，如何找出這些空洞的位置，並利用這些空洞位置所獲得的資訊，提升無線感測網路之效能，是一個相當重要的研究議題。為了解決這樣的問題，所以我們提出一個基於網格化之無線感測器網路空洞偵測機制。藉由網格式架構的方式，利用網格首節點廣播及代傳空洞偵測資訊，並由資料收集點加以計算空洞之位置等資訊，以提高網路整體效能。[[abstract]]Wireless Sensor Networks (WSNs) can be widely utilized in many applications especially in environmental surveillance. However, there exist some holes within the WSNs caused by some factors such as non-uniform deployment of sensor nodes, the existence of physical obstacle such as mountains and lakes, some sensor nodes deplete their energy, and being destroyed by outside forces. These holes will degrade the performance of wireless sensor networks (WSNs). Hence, how to discover the position of the holes and utilize the information to improve the performance of WSNs is a significant issue. In order to solve this problem, we proposed a grid-based hole detection scheme in WSNs. In grid architecture, we use the grid head to broadcast and forward the hole detection request and respond. And then, sink will calculate the position of the holes for improving the performance of the WSNs.[[tableofcontents]]目錄 III 圖目錄 V 表目錄 VII 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 研究背景 2 1-3 研究動機 5 1-4 研究目的 6 1-5 論文架構 7 第二章 相關背景與研究 8 2-1 無線感測網路介紹 8 2-2 無線感測網路架構與功能 9 2-3 資料傳送模式 13 2-4 網格(Grid) 15 2-5 空洞背景 17 2-6 覆蓋空洞偵測相關研究 18 第三章 以網格式架構為基礎之無線感測器網路通訊空洞偵測機制 20 3-1 網路環境設定 23 3-2 網格化階段(Griding Phase) 25 3-3 空洞偵測階段(Hole Detection Phase) 30 3-4 空洞資訊計算階段(Hole Information Computing Phase) 40 3-5 特性與優勢 43 第四章 模擬與分析 44 4-1 模擬環境 45 4-2 模擬結果的分析與比較 46 第五章 結論與未來研究方向 48 5-1 結論 48 5-2 未來研究方向 49 參考文獻 50 附錄–英文論文 54 圖目錄 圖 2.1 無線感測網路的功能架構圖 10 圖 2.2 虛擬網格劃分示意圖 15 圖 2.3 空洞示意圖 17 圖 2.4 pu與pv中垂線交點O 19 圖 2.5 由p點實行右手法則繞境示意圖 19 圖 3.1 通訊空洞偵測機制流程圖 21 圖 3.2 無線感測器網路佈建示意圖 23 圖 3.3 d(網格邊長)與R(傳輸半徑)之間的關係 25 圖 3.4 節點感測範圍示意圖 26 圖 3.5 虛擬網格編號示意圖 27 圖 3.6 網路網格化架構階段示意圖 28 圖 3.7 網格化架構階段流程圖 29 圖 3.8 資料匯集點發送Det_Hole_Message封包示意圖 30 圖 3.9 Sink於空洞偵測階段之初始工作 31 圖 3.10 感測首節點回送Det_Hole_ACK封包示意圖 32 圖 3.11 首節點接收Det_Hole_Message封包與回傳Det_Hole_ACK封包示意圖 33 圖 3.12 感測首節點代傳Det_Hole_ACK封包示意圖 34 圖 3.13 首節點收到封包時之工作流程圖 35 圖 3.14 空洞偵測階段後之網格標示圖 38 圖 3.15 空洞偵測階段流程圖 39 圖 3.16 網格G(x,y)之相鄰網格示意圖 40 圖 3.17 覆蓋空洞示意圖 42 圖 3.18 空洞資訊計算階段之工作流程圖 42 圖 4.1 不同感測半徑下之空洞偵測時間圖 46 表目錄 表 3.1、網格實際座標資訊表 27 表 3.2、Det_Hole_Message 格式表 31 表 3.3、Det_Hole_Ack 格式表 34 表 3.4、網格資訊表 36 表 3.5、經過空洞偵測階段後之網格資訊表 37[[note]]學號: 796410156, 學年度: 9