栅栏覆盖作为覆盖控制的子问题,主要研究移动目标穿越监控区域时被传感器节点监测的问题,被广泛应用于边境监测、工业安保、环境监测等领域,具有重要的理论研究价值和实际应用前景。目前,传统无线传感器网络栅栏覆盖控制研究已经积累了一些研究成果。随着多媒体传感器网络应用的增多,有向传感器节点(如视频传感器、红外传感器、超声波传感器)在栅栏覆盖中得到了广泛的应用。同时,不同于传统的全向感知的节点,有向节点独特的方向感知特性给栅栏覆盖的研究带来了新的挑战。本文主要针对有向传感器网络领域的栅栏覆盖控制技术展开研究,主要的研究成果包括:(1)分析了不同的节点部署策略对有向传感器网络中栅栏覆盖形成概率的影响。主要研究了两种节点的随机部署策略:LNRO部署策略和Poisson部署策略。针对这两种部署策略,分别建立了数学模型,深入分析了两种数学模型下有向传感器网络形成栅栏覆盖的充分条件,推导了栅栏覆盖形成概率的模型值。仿真实验分析了两种部署策略下,网络部署节点总数,节点的感知半径以及感知角度对形成栅栏覆盖的影响;并比较了两种部署策略的性能。实验结果为实际应用中针对有向传感器网络栅栏覆盖的节点部署提供了一个参考。(2)针对二维静态有向传感器网络,为了保证栅栏覆盖效率,有向节点大量冗余布置,造成网络资源浪费的情况,提出了能量有效的有向传感器网络栅栏覆盖算法。该算法充分利用有向传感器节点的能动性,通过分析网络中各个节点的感知区域的相交情况,建立了感知方向的有向连接图,采用寻找栅栏集合算法找到了网络中所有可能的栅栏集合;并建立数学模型,对找到的栅栏集合分配工作时间,在保证单个节点的工作时间不超过初始时间的同时,最大化网络的生存周期。仿真实验分析了不同的网络部署环境下算法的性能。(3)针对有向传感器网络中静态节点一旦被布置,其位置将不再改变,造成栅栏覆盖效率低下的情况,加入了动态节点,利用动态节点的可移动性,修复静态节点造成的覆盖漏洞。提出了两种有向传感器网络栅栏覆盖修复算法:最少漏洞数栅栏修复算法和最小移动距离栅栏修复算法。最少漏洞数栅栏修复算法首先对网络中的静态节点的覆盖情况分析,找到最少漏洞数栅栏,即修补此条栅栏需要的动态节点数目最少;然后对各个漏洞选择移动距离最小的动态节点去修复,从而保证了网络的持续工作时间。最小移动距离栅栏修复算法首先找到所有虚拟栅栏并计算各个虚拟栅栏的最大移动距离,然后选择具有最小最大移动距离的虚拟栅栏去完成栅栏覆盖。一系列仿真实验表明,动态节点改善了栅栏覆盖效率,且最小移动距离栅栏修复算法的网络生存周期优于最少漏洞数栅栏修复算法。(4)研究了在有向传感器网络中,当部署的动态节点数目不足以形成栅栏覆盖时,利用动态有向节点的能动性和可移动性对目标区域实现高概率监测。提出了两种算法:分布式动态巡逻算法和高概率监测算法。首先将目标区域划分为不同的子区域,单个子区域只需一个节点就可以完成监测;并将监测时间划分为不同的时隙。分布式动态巡逻算法中,动态节点周期性地移动监测各个子区域;而高概率监测算法分析了各个子区域移动目标的到达,选择入侵高概率的子区域进行监测。仿真实验表明,周期性巡逻算法的入侵监测率只与节点的数目和目标区域的大小有关;且高概率监测算法的性能要优于周期性动态巡逻算法。