无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是由一系列廉价微型的传感器节点通过无线通信方式连接,完成数据采集和传输的多跳自组织网络系统。无线传感器网络中的覆盖问题一直是该领域研究的热点。栅栏覆盖是无线传感器网络覆盖类型之一,它是把传感器节点部署在一个带状区域内,各节点之间相互连接形成一条感知栅栏网络,当有目标穿过该带状区域时,能够及时感知到入侵者。目前栅栏覆盖已经广泛的应用在军事中的边境入侵监测,环保中的污染物扩散监测等各个领域,具有广阔的应用前景和研究价值。由于传感器节点大部分还是靠电池供电,因此如何提高覆盖率、降低能耗、延长栅栏寿命依然是无线传感器网络栅栏覆盖研究中的重点问题。本文主要的创新点如下:(1)针对全向感知栅栏覆盖模型提出的一种异构WSN复合型栅栏覆盖方法(A Heterogeneous WSN with Compounded Barrier Coverage Method,HCBC)来满足晴雨天不同天气状况下的入侵监测要求,该方法首先搜寻静态传感器节点的簇,然后将簇看做一个点,构建全连接拓扑图,接着利用最短路径算法查找最佳栅栏构建路径,最后派遣少量可移动节点到栅栏空隙处,完成晴天栅栏的构建。在雨天情况下,利用匈牙利算法派遣增强节点到静态传感器节点位置,形成一条复合型栅栏,在静态节点损坏的情况下,该栅栏依然可以正常工作。该方法构建的栅栏具有较好的鲁棒性,且在栅栏构建过程中考虑能耗问题。(2)在有向感知栅栏覆盖方面针对传统的能量高效弱栅栏构建算法对弱栅栏能量消耗问题、网络寿命问题、有向传感器激活节点数量问题以及通信质量问题考虑不全,提出一种采用鲸鱼优化算法(Whale optimization algorithm,WOA)对传统能量高效弱栅栏构建算法进行改进。将WOA算法引入到有向传感器弱栅栏构建中,对能量消耗、网络寿命、有向传感器激活节点数量、通信质量以及弱栅栏覆盖率多个因素作为优化目标进行建模,将问题转化为一个非线性的NP优化问题,通过WOA对有向传感器的坐标、感知距离、起始角度和感知夹角等参数进行优化,搜索到最佳的弱栅栏覆盖构建方案。(3)通过仿真实验结果表明,本文提出的一种异构复合型栅栏覆盖方法在平均覆盖率、平均能耗和平均移动距离等方面都具有优秀的性能,并通过实物实验验证了该方法的合理性。在有向感知模型方面提出的一种采用WOA优化的能量高效有向弱栅栏覆盖算法,通过MATLAB仿真结果表明本文提出的改进算法在栅栏覆盖率、节点激活数量、能量消耗和网络寿命等方面具有明显的性能优势。