无线传感器网络覆盖控制算法研究

无线传感器网络(Wireless sensor network, WSN)覆盖控制通常采用基于二元感知模型的几何计算方法休眠冗余节点, 其算法在实际应用中受到局限, 不够精确. 针对此问题, 本文采用概率感知模型, 提出新的覆盖控制算法, 将提高能量利用效率作为重要指标, 采用节点轮换周期工作机制, 每个周期逐个唤醒部分节点, 组成满足网络覆盖要求的覆盖集, 实现降低能耗、均衡节点能量的目的. 概率感知模型描述网络的覆盖能力更精确, 算法不受感知模型的限制, 原理简单, 易实现, 仿真结果验证了本算法的有效性.     

无线传感网中三维覆盖控制和节点调度的研究

无线传感器网络中采用二元感知模型方法计算休眠冗余节点具有局限性和不精确性.本文考虑到实际应用环境对节点感知能力的影响以及传输过程中的路径损耗问题,对监测区域采用三维网格建模,并在概率感知模型的基础上提出一种概率感知衰减模型,同时对当前二维覆盖控制算法存在的各种局限性,提出了一种基于概率的分阶段冗余唤醒策略.仿真结果表明,该算法均衡了网络节点能量,实现了网络能耗的有效性,延长了网络的生存期.     

无线传感器网络中一种分布式冗余检测算法

无线传感器网络覆盖控制中现有的大部分冗余检测算法都是针对节点感知半径相同的同构网络的,无法应用于异构网络.提出一种保持网络k级覆盖的适应异构传感器网络的分布式冗余检测算法.该算法根据节点的冗余分布特性设计了有效覆盖邻居选取,通过有效覆盖邻居感知半径关系及交点处的覆盖程度判断检测冗余.仿真表明:算法中有效覆盖邻居选取的设计,大大降低了节点执行冗余计算的时间,算法的运行效率较高;算法在异构WSN中性能优异,冗余检测彻底、充分,有益于节省节点能量,延长网络生存时间.     

无线传感器网络覆盖优化算法研究

无线传感器网络覆盖控制是研究高密度部署的无线传感器节点集选问题.针对网络严重的冗余问题,影响网络的优化机制.为了有效控制网络节点能量、提高感知质量、大大延长网络的生存时间,采用覆盖优化算法.以网络有效覆盖率和节点最小利用率为优化目标,提出一种混合杂交算法的优化覆盖机制,在算法中扩展杂交算子可增强混合算术杂交算子局部搜索能力.采用改进方法进行仿真,结果表明混合杂交方法能快速收敛到更精确的解,从而更好地降低了网络冗余,延长网络的生存时间.     

基于时空冗余数据清除的数据备份算法

传感器节点易受环境影响,会出现节点失效的现象,导致感知数据丢失。然而无线传感器网络是以数据为中心,因此对感知数据进行备份问题的研究显得尤为重要。针对无线传感器网络中数据备份问题,提出基于时空冗余数据清除的数据备份算法(TS_DB),该算法首先用k-means算法对网络分簇,然后挖掘出节点间的关联模式消除空间冗余数据,同时在传感节点建立一元线性回归模型消除时间冗余数据,最后根据簇头的能量进行数据备份。仿真实验表明,TS_DB算法能有效节省节点的能量,对延长网络的寿命具有重要的意义。     

基于通信与感知覆盖的WSNs节点调度算法

在随机部署的无线传感器网络中通常包含覆盖与通信冗余节点,这些节点不仅会造成大量的能量浪费,同时影响网络的性能。因此,如何对网络中的覆盖与通信冗余节点进行有效的调度是无线传感器网络研究的一个重要课题。提出了一种基于蜂窝模型的分布式节点调度算法(RCSC)。在蜂窝结构的基础上,RCSC算法通过添加"桥梁节点"和填补"空洞"来进一步优化工作节点集,使得整个网络达到全"通信覆盖"和全"感知覆盖"。最后,RCSC算法结合LEACH协议,对网络中的节点进行动态调度。经试验仿真证明,由RCSC算法构建出的网络拓扑中的工作节点数少且稳定,从而减少了由于冗余数据通信导致的额外能量消耗,延长了网络生存时间。     

基于感知概率的无线传感器网络k重覆盖算法*

基于布尔感知的无线传感器网络多重覆盖控制模型未考虑实际应用中环境因素对节点感知能力的影响,为弥补这种不足,提出了一种分布式k重覆盖算法（KCAPSM）,该算法采用了感知概率模型,依据节点感知能力的强弱,将监测区域中的任一点被相关节点监测的情况赋值为某一概率,并通过节点与邻居交换信息,根据能量大小竞选找出k组不相交工作节点集,保证监测区域中每一点被k重覆盖。实验表明,KCAPSM算法让冗余节点处于休眠状态,节省了网络能量,优化了资源。     

WSN中基于可调感知半径的节点睡眠算法

讨论在无线传感器网络中节点的感知半径可调的情况下,如何合理设计节点的拓扑结构,实现网络的能量负载均衡、延长网络的生存周期。在保证覆盖和连通的前提下,分析当感知半径可调时节点的分布特征和拓扑结构,并对现有的冗余节点移除算法进行改进,提出一种自适应调节感知半径冗余节点睡眠算法(AASRS)。实验结果表明,该算法可以提高网络的能量负载均衡水平,并能最大化节点的感知覆盖区域,且使用的活动节点较少。     

能量有效的无线传感器网络节点调度算法

针对传感器节点随机部署的无线传感器网络中存在大量冗余节点而导致大量节点能量浪费这一问题,提出了一种分布式的能量有效的冗余节点调度算法(ERSS算法).为了最大程度地节约能量,延长网络寿命,该算法使网络中的节点自主地判定自身是否为冗余节点.网络中只有必要数目的节点保持活跃状态来保证网络的完全覆盖,而冗余节点转为休眠状态来节约能量.文中给出了冗余节点判别规则、计算模型及判定流程.仿真结果表明了所提出算法比现有算法在节约网络能量及延长网络寿命上的优越性.     

WSN中基于能量的分布式覆盖控制算法

针对无线传感器网络中节点密度过大、节点剩余能量不均等问题,设计一种基于节点剩余能量的分布式覆盖控制算法,基于概率覆盖模型,按目标区域内节点剩余能量从小到大的顺序,依次通过计算各个节点的区域覆盖概率判定其冗余性,并使冗余节点转入休眠状态。仿真结果表明,该算法能有效降低网络中节点冗余度,延长网络生存时间。     

一种混合异构传感网的覆盖洞修补算法

传感网感知节点部署的随机性以及节点能耗殆尽、损坏退出等问题使网络中存在覆盖洞, 利用移动节点来修补覆盖空洞是当前较为可行的方法. 假定网络在静态节点和移动节点处混合, 并且在节点感知半径异构的情况下,研究如何通过移动节点重定位来修复感知覆盖洞, 同时兼顾移动距离或能耗最小以及修复后的感知覆盖率最大化来优化感知覆盖性能. 针对移动节点覆盖洞修补规划的NP-hard 问题, 结合遗传算法, 提出一种覆盖洞修补算法来求解最优解. 仿真实验结果表明, 所提出的算法相比于同类算法能够更有效地修补漏洞并兼顾节点能耗以及感知覆盖率.

     

三维水下移动传感网多目标有向路径覆盖增强研究

水下传感网中实现多个移动目标的协同追踪任是一个技术难题,针对这个问题论文提出了一种分布式的多目标有向路径覆盖增强算法。在实际的三维水下传感网中,水下传感器节点会随着水流运动而移动,被追踪的目标具有自主行动能力。假设移动规律遵从Meandering Current Mobility模型,多个运动目标沿着基于概率的Random Walk移动模型轨迹运动。在论文提出的算法中,覆盖运动路径的传感器节点通过两跳邻居节点范围内的水下传感器节点协同决策来实现最大化路径覆盖,通过调整水下传感器节点自身的有向覆盖方向达到多目标轨迹路径有向覆盖率平均值最大,并使多目标轨迹路径有向覆盖率标准方差尽量小。最后论文通过MATLAB软件仿真来验证分布式覆盖增强算法的有效性,能够显著提高多个移动目标的路径覆盖率。     

基于联合节点行为策略的WSN覆盖控制算法

针对无线传感器网络在对移动目标节点覆盖过程中出现网络能量快速消耗问题，提出了一种基于联合节点行为策略的覆盖算法。根据网络模型建立传感器节点与目标节点从属关系，确定覆盖关联模型；利用概率理论求解邻居节点冗余覆盖度，确定最少传感器节点数量；给出了邻居节点覆盖期望值的求解方法；仿真实验表明，该算法与其他算法在网络覆盖率和网络生存周期两个性能指标上均提升了12.39%和15.01%，从而验证了算法的有效性。     

基于权重的目标覆盖控制算法

针对无线传感器网络中随机部署无法实现对重要性不同的目标的优化覆盖控制问题,利用目标重叠域和贪婪算法设计一种基于目标权重的最优部署算法。以概率感知模型的传感器节点作为研究对象,通过标定目标权重确定目标重叠域,采用贪婪算法选取节点的最优部署范围,根据指标函数的最小值确定节点的部署位置。实验结果表明,所提出的算法能够实现对离散目标的最优覆盖监测,而且能保证监测节点网络的连通性。     

基于网格扫描的实现目标点覆盖的确定性传感器节点部署方法

提出了一种确定性目标点覆盖算法,把目标点所在区域划分为若干正方形网格,从中选择最适合的网格作为下一个节点的放置位置;同时本文引入了概率感知模型,把节点能感知到目标点的最小感知概率值作为整体覆盖水平的评价指标,把节点能感知到目标点的个数及对它们的最小感知概率值作为网格的评价标准。该方法能使用最少的节点实现目标点覆盖并达到要求的总体覆盖水平,且能计算出较优的节点部署位置;对网格边长和感知概率下限的不同取值分别进行仿真实验。实验结果表明,网格边长越小,节点部署位置越精确;感知概率下限取值越大,总体覆盖性能越好,需要的节点越多。     

一种基于数据融合的传感器网络部署方案*

采用基于指数衰减的概率感知模型来研究数据融合对覆盖性能的影响,提出节点的虚拟半径概念以量化表示数据融合对覆盖性能的改善效果,同时提出了融合覆盖和虚拟部署的概念。提出了一种基于正多边形方式的规则虚拟部署方案,分析了该部署方案对节点部署密度的影响。理论分析表明,虚拟半径内参与融合的传感节点的个数不能超过6,否则数据融合技术就不能减小传感节点的部署密度。同时也分析了节点在随机分布情况下的覆盖调度情况,提出了一种改进的基于虚拟半径的覆盖调度算法。实验表明,基于指数衰减感知模型的数据融合方案能有效地提高传感器网络的     

异构无线传感器网络中覆盖度和连通度的研究

覆盖度和连通度研究是无线传感器网络中的关键问题。以往研究背景为同构无线传感器网络,这样可以简化问题,但随着问题的深入,不得不考虑异构节点覆盖。系统地对异构无线传感器网络进行了分类,提出了感知异构和通信异构结合的无线传感器网络下的异构节点感知模型,其次分析了两类异构节点之间的覆盖度的计算,最后分析了异构网络的单连通和重连通。此外实现了大量的仿真实验,得出了节点数量和单连通、重连通的概率曲线。     

基于参数可变遗传算法的炮兵通信网络覆盖控制优化

针对节点高密度部署的炮兵通信网络中优化工作节点集的选取问题,提出一种基于参数可变遗传算法的覆盖控制优化方法。设计了密度检测机制优化初始种群,并设计了即考虑到进化代数对算法影响,又考虑到每代中不同个体适应度对算法作用的自适应交叉概率和变异概率。仿真实验及分析表明,该优化方法快速有效地实现了工作节点数目少、节点集覆盖率高的工作节点集的选取,可有效地降低能耗,延长网络生存时间。     

能量有效的无线传感器网络协同覆盖

在节点随机分布的无线传感器网络目标覆盖中,考虑到单个节点有时难以完成对目标的感知,利用节点的概率感知模型和漏检率的概念,提出了节点协同覆盖的思想,并建立了协同覆盖模型;详细分析并推导了协同覆盖感知概率、节点数目和节点参与协同覆盖的最低感知概率之间的关系;在协同覆盖模型的基础上,考虑节点能量消耗的因素,设计了优化网络使用寿命的协同覆盖算法ECTC;仿真结果表明,该算法在改善网络感知概率的同时,延长了网络的使用寿命。