摘 要

近年来，随着科学技术的变革速度越来越快，以信息提取快、运算能力强和传输便捷著称的无线传感器网络 （WSN，wireless sensor networks）也得到了飞速的发展，事件检测技术开始成为无线传感器网络的主要功能之一。无线传感器网络是由放置于监控区内许多的低价小型传感器节点构成，因为节点散布密度较大、数量相当巨大且能量有一定限度、测试的精确度易受环境因素影响等，这些特点使得现有事件检测算法在现实生活运用中受到限定。为了改善这些特点对查询结果的影响，本文对时空相关的事件检测技术展开了研究，力求提出一种高效可靠的事件检测算法。

以改善能量有效率、提升检验效果的准确度为目的，该论文在现有事件检测算法的基础上设计出基于时间相关性的事件检测算法和基于时空关联模型的分布式容错事件检测算法。同时本文利用MATLAB软件创建事件检测网络模型实现仿真和比较，对于上述所提出的容错事件检测算法的能量有效率以及测试准确度等性能作出了验证，测试结果显示，基于时空相关的检测算法能有效提高正确率，提升事件检测的准确度和可靠性。

关键词：无线传感器网络；时空相关性；事件检测；容错性

Abstract

In recent years, the pace of the development of science and technology is getting faster and faster, and the wireless sensor networks (WSN, wireless sensor networks) with the ability of sensing, computing and communication has been greatly developed. Event detection is one of the important applications of wireless sensor networks. Wireless sensor network consists of a large number of inexpensive micro sensor nodes deployed in the monitoring area. The existing event detection algorithms are limited in practical applications due to the dense large number of nodes which the detection accuracy is affected by the environment and limited energy. In order to improve the impact of these characteristics on the query results, this paper studies the event detection technology with temporal and spatial correlation, and tries to propose an efficient and reliable event detection algorithm.

In order to improve energy efficiency and the accuracy of detection, this paper proposes an event detection algorithm with temporal correlation and temporal-spatial distributed fault-tolerant event detection algorithm based on the existing event detection algorithm. At the same time, this paper uses the MATLAB software to create event detection network model to achieve simulation. The performance of the proposed event detection algorithm is verified. The simulation results show that the temporal-spatial detection algorithm can reduce the false positive rate and improve the accuracy and reliability of the event detection.

Key Words：wireless sensor networks；temporal-spatial correlation；event detection.；fault tolerance

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 研究现状 1

1.3 研究内容 2

1.4 论文组织结构 2

第2章 无线传感器网络和事件检测算法概述 3

2.1 无线传感器网络 3

2.1.1 无线传感器网络的体系结构 3

2.1.2 无线传感器网络的特点 4

2.1.3 无线传感器网络的性能检测 5

2.1.4 无线传感器网络的应用 5

2.2 事件检测 6

2.2.1 事件检测的分类 6

2.2.2 事件检测算法的研究现状 7

第3章 基于时空相关性的容错事件检测算法 8

3.1 几种分布式容错事件检测算法介绍 8

3.1.1 分布式Bayesian容错事件检测算法 8

3.1.2 基于移动中位数的分布式容错事件检测算法 10

3.1.3 基于移动均值的分布式容错事件检测算法 11

3.2 基于时间相关性的容错事件检测算法 11

3.2.1 时间相关性及门限区的概述 11

3.2.2 基于时间相关性的容错事件检测算法 14

3.3 基于时空相关性的容错事件检测算法 15

3.3.1 基于时空相关性事件检测机制 15

3.3.2 仿真结果及性能分析 15

第4章 结论与展望 19

4.1 结论 19

4.2 展望 19

致 谢 20

参考文献 21

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

无线传感器网络（Wireless Sensor Network, WSN）由成千上万各式各样的传感器组成，形成一个自组织和多跳的无线网络模式，它的作用是协助感应、收集和分析网络笼罩区的感应对象的特征元素，并传递给观察者。随着科技的不断进步和发展，无线传感器网络在医疗保健、环保监测、国防科技、防灾减灾等诸多方面发挥着重要用途，给我们的生产生活方式带来重大变革。

事件检测是无线传感器网络研究领域中的一个重大方向，是指对指定区域实行监测来实现辨认出异常事件发生地域的功能。例如在某些突发型事件中，无线传感器网络可以经过节点检测及分析是否有事件发生并及时反馈至用户，使得这些事故的影响降至最低。然而由于节点易受环境影响和自身运算能力有限，传感器收集的数据可能会有误差，从而造成检测结果不准确。因此，为了增强测试成果的准确性和可靠性，有效提高无线传感器网络的检测效果，对传感器节点进行故障扫描是必需的，值得我们深入探索和改善。能否找到一种检测准确、低损耗、容错的事件检测算法成为当前学者探讨的重要方向，同时也具有很好的应用前景。

1.2 研究现状

追溯到20世纪70年代，便开始了关于传感器网络的相关探索，它是把传统传感器采取点对点传输方式、连接传感控制器组成，这就是我们所谓的第一代传感器网络。科学技术及知识的不断创新与探索极大地促进了传感器网络的进一步发展，拥有综合处理各种数据信号功能，与传感控制器相关联的第二代传感器网络开始渐渐走进人们的生活。从20世纪末起，现场总线技术逐渐在传感器网络中广泛使用，研究人员用它来构建智能化传感器网络系统，多功能传感器随之产生，结合无线技术连接的传感器网络渐渐出现在人们的视野中。