异构传感器网络节点部署算法

传感器节点的部署方式有确定性的和自组织两种。研究了由高级节点和普通节点组成的异构传感器网络的节点部署问题。给出一种满足连通覆盖条件的最大化网络寿命模型,通过分析节点的能量消耗,计算出了最大化网络寿命时两种节点的部署比例,提出了最大化网络寿命的节点部署算法。     

无线传感器网络连通k覆盖问题及其解决方案综述

覆盖控制是无线传感器网络的一个基本问题,通过对网络空间资源的优化分配,来更好地完成环境感知和有效传输等任务。作为覆盖控制理论的研究热点之一,连通k覆盖问题研究如何从随机部署的大量传感器节点中选择一部分节点激活,使得任意监测目标都被至少k个不同的活跃节点同时覆盖,而且所有活跃节点都是通信连通的。本文分析了无线传感器网络中连通k覆盖问题的系统模型和算法评价指标,介绍了一些典型的近似算法并对其进行了分析和比较,最后进行了总结和展望。     

无线传感器网络连通忌覆盖问题及其解决方案综述

覆盖控制是无线传感器网络的一个基本问题,通过对网络空间资源的优化分配,来更好地完成环境感知和有效传输等任务。作为覆盖控制理论的研究热点之一,连通k覆盖问题研究如何从随机部署的大量传感器节点中选择一部分节点激活,使得任意监测目标都被至少k个不同的活跃节点同时覆盖,而且所有活跃节点都是通信连通的。本文分析了无线传感器网络中连通k覆盖问题的系统模型和算法评价指标,介绍了一些典型的近似算法并对其进行了分析和比较,最后进行了总结和展望。     

无线传感器网络节点多目标安全优化部署

针对目前无线传感器网络节点优化部署方案中,没有考虑网络节点位置移动会破坏节点间的共享密钥而破坏的安全通信链路的问题,本文将Pareto多目标优化策略引入到无线传感器网络节点部署中,设计了一种多目标安全优化部署方案,建立多目标节点安全部署模型,并将节点安全连通度和网络覆盖率作为目标函数,兼顾解决网络安全性和网络覆盖质量的问题;通过惯性权重自适应的调整和结合虚拟力算法更新速度的方式改进多目标粒子群算法,采用精英档案策略来存储非劣解。仿真实验表明,本文方案能够提高节点的覆盖率,并且能够保持较大的节点安全连通度。     

面向近地表地下空间信息监测的无线传感器网络三维节点部署算法研究

从地下空间的基本特点出发, 提出了地下空间节点部署算法的约束指标, 建立了面向地下空间的自适应、多精度约束的节点部署算法。从网络结构、自适应性、能量消耗及覆盖连通性能等方面对算法进行了分析和仿真, 结果表明该算法能有效地解决近地表地下空间节点的部署问题, 为土壤环境监测、智能交通监测、管道监测及其他地下目标监测提供理论指导和实践依据。     

矿井巷道无线传感器网络连通性研究

连通问题是构建无线传感器网络时需要解决的首要问题。以矿井巷道为背景,介绍了节点按矩形、等腰三角形和线形排列的三种无线传感器网络结构。运用几何分析的方法,研究了节点通信半径和感应半径比值为任意的情况下三种网络结构的连通性,得出了网络要达到2、3连通时节点通信半径和感应半径的代数关系。并从网络连通度、系统生命周期和网络效率三个角度对网络性能进行仿真。仿真实验表明,在相同部署区域,矩形网络在达到网络连通性要求的情况下,更能有效利用节点资源,延长网络生命周期。     

基于传播模型的无线传感器网络覆盖的研究

无线传感器网络在连通情况下如何部署使其覆盖率达到最大,是关系到整个网络架构的一个基本问题。受环境因素影响,在实际网络部署过程中,理论上的覆盖方法并不适用。因此通过测试传输信号并作出统计分析后,建立基于一定环境下的无线传感器网络通信传播模型,在J-Nam平台下建立仿真,系统对给定环境进行仿真并研究传感器节点如何部署产生更加有效的通信,可以得出在该环境下节点最佳部署方案,对实地网络节点部署有一定的参考价值。     

无线传感器网络中连通问题的容错性分析

在确定部署的无线传感器网络中,由于节点本身的脆弱性及应用环境的恶劣性,在部署及研究分析网络时应该考虑到网络节点出错的因素.当网络连通概率和网络规模给定时,网络节点的出错概率应在多大的范围之内;在给定的网络规模和节点出错概率下,网络的覆盖与连通情况如何,这些都是本文分析研究的内容.本文首先定义了一个比较规范的三角形(Triangular)模型,研究了在确定部署情况下,网络节点出错的概率与网络的覆盖概率之间的关系,然后借助"k阶子网"的概念分析了Triangular网络的连通容错性,最后通过模拟试验,对前面通过理论分析计算出的传感器网络连通概率的下界和节点出错概率的上界的可信性进行验证,同时将Triangular拓扑的网络与网格状网络进行比较.     

无线传感网络中部分覆盖与拟连通冗余节点的研究

随机部署的无线传感网络通常包含大量的覆盖与连通冗余节点,这些节点不仅造成大量的能源浪费,同时影响网络的性能。为此,需要对网络中的覆盖与连通冗余节点进行有效的调度配置。考虑到无线传感网络中覆盖与连通冗余节点识别算法的复杂性,提出了一个新的“部分覆盖与拟连通的冗余节点”概念,它对网络具有同覆盖与连通冗余节点类似的影响,与覆...     

基于和声搜索算法的无线传感器网络多重连通覆盖

连通与覆盖是传感器网络的重要问题,对传感器网络的服务质量有重要影响。对给定候选位置中选择最少数量的位置放置传感器节点来保证监测目标的多重覆盖和传感器节点之间的多重连通问题进行研究,提出一种基于改进和声搜索算法的节点部署策略。算法以放置节点的数量、监测目标的多重覆盖和节点的多重连通为优化目标,在和声搜索算法中一方面加入学习自动机增强算法参数的自适应性,另一方面通过对算法求解过程中优秀解的再利用,增强了算法的优化效率。为了对比算法性能,提出了一种基于贪婪算法的节点部署策略。仿真结果显示,提出的改进和声搜索算法优于提出的贪婪算法和原始和声搜索算法,证明了算法的有效性。     

无线传感器网络中基于异构节点的覆盖控制算法

研究了无线传感器网络中基于异构节点的优化覆盖控制问题.异构无线传感器网络由两类能力不同的节点组成,包括普通节点和超级节点.对普通节点采用基于状态轮转的覆盖控制算法,对超级节点采用基于路由表的转发策略.通过两类节点的协作使得网络达到覆盖与连通的目的.模拟结果表明,在具有相同初始能量的情况下,该算法与SHHN-HS算法相比能够延长网络生命期.     

无线传感网络移动节点位置并行微粒群优化策略

网络节点位置优化是无线传感网络研究的核心问题之一.无线传感网络通常由固定节点和少量移动节点构成,传统的虚拟力导向算法无法解决固定节点对移动节点优化的约束.该文针对这一问题,提出了基于并行微粒群算法的优化策略.微粒群算法具有适于解决连续空间多维函数优化问题、能快速收敛至全局最优解的特点.并行框架提高了算法的运行效率,降低了算法的运算复杂度,使算法能够满足无线传感网络的需求.通过并行微粒群算法搜索不同状态下无线传感节点的最优位置,使无线传感网络能够利用移动节点实现网络结构的动态重组,最大化网络覆盖范围,提高网络测量可靠性.实验证明,并行微粒群优化策略能快速有效地实现无线传感网络移动节点位置优化.     

无线传感器网络的任意覆盖率节点配置

研究了任意覆盖率下的无线传感器网络分布式节点自动配置问题. 首先, 针对正六边形拓扑架构下的网络覆盖, 给出了节点密集分布条件下的覆盖率与相邻工作节点间距的解析关系, 从而得到了理想条件下部分覆盖的最优节点配置. 考虑到实际系统中有限的节点密度和节点的随机分布, 进一步提出了一种可以在此条件下实现任意覆盖率的部分覆盖协同优化算法(Optimized collaborative partial coverage, OCPC). OCPC通过节点间的动态协同唤醒最接近于理想配置的工作节点并使其他节点睡眠以节省能量. 以尽可能少的工作节点达到网络的覆盖和连通需求并降低网络的能耗, 进而达到网络的感知任务和能量消耗的有效折衷. 仿真表明, OCPC可以有效地实现任意期望覆盖率下的网络配置并保持网络连通, 同时, 与经典覆盖算法PEAS (Probing environment and adaptive sleeping)和OGDC (Optimal geographic density control)相比, 在网络的节能方面也具有明显的优越性.     

面向管道系统的无线传感器网络三维节点部署算法

管道系统是事关国民经济发展的基础设施,而节点的三维部署问题是基于无线传感器网络的管道监控系统的基础性技术问题.首先把三维管道结构映射为XY和XZ 2个二维平面结构,分别对其进行传感器节点部署优化分析.然后在此基础上,设计了面向管道系统的三维传感器节点的部署算法.最后对算法进行了覆盖性能、连通性能以及能耗性能的评价,结果表明,该算法能有效解决管道系统节点三维部署问题,为超长油气管道、城市自来水管网及污水管网监测提供理论指导和实践依据.     

基于概率探测模型的传感器结点配置研究

无线传感器网络结点配置是传感器网络研究的核心问题之一,它反映出无线传感器网络的代价和探测能力.主要研究了基于一种更为实用化概率检测模型(引入x%-RS 的概念)的无线传感器网络覆盖优化配置问题.在严格确保无线传感器网络连通性的条件下,优化了传感器结点配置数目并达到要求的覆盖度,获得具体的传感器结点配置方案.为提高算法的效率,在分步优化算法的基础上尝试一次循环配置多个传感器结点.最后,通过模拟计算给出配置算法的性能.     

Critical Density for Coverage and Connectivity in Three-Dimensional Wireless Sensor Networks Using Continuum Percolation

Although most of the studies on coverage and connectivity in wireless sensor networks (WSNs) considered two-dimensional (2D) settings, such networks can in reality be accurately modeled in a three-dimensional (3D) space. The concepts of continuum percolation theory best fit the problem of connectivity in WSNs to find out whether the network provides long-distance multihop communication. In this paper, we focus on percolation in coverage and connectivity in 3D WSNs. We say that the network exhibits a coverage percolation (respectively, connectivity percolation) when a giant covered region (respectively, giant connected component) almost surely spans the entire network for the first time. Because of the dependency between coverage and connectivity, the problem is not only a continuum percolation problem but also an integrated continuum percolation problem. Thus, we propose an integrated-concentric-sphere model to address coverage and connectivity in 3D WSNs in an integrated way. First, we compute the critical density lambda_C ^con above which coverage percolation in 3D WSNs will almost surely occur. Second, we compute the critical density lambda_c ^con above which connectivity percolation in 3D WSNs will almost surely occur. Third, we compute the critical density lambda_c ^cov-con above which both coverage and connectivity percolation in 3D WSNs will almost surely occur. For each of these three problems, we also compute their corresponding critical network degree. Our results can be helpful in the design of energy-efficient topology control protocols for 3D WSNs in terms of coverage and connectivity.     

混合WSNs中基于多目标优化的覆盖控制算法

针对无线传感器网络( WSNs)随机部署产生的区域覆盖率低、节点利用率差和能量不均衡的问题,引入移动传感器节点,将快速非支配排序遗传算法Ⅱ( NSGA-Ⅱ)运用到混合无线传感器网络覆盖控制部署并进行改进,采用分层编码策略,引入删除算子避免早熟,自适应改变交叉、变异概率提高局部搜索能力,获得较优解集后基于决策者信息偏好选择最优目标.仿真实验结果表明:有效解决了WSNs覆盖控制问题,可以在网络覆盖率最大化的同时,节点利用率较大且能耗系数较低,延长网络寿命.     

An Integrated Optimization Enabled Sensor Deployment Model in Wireless Sensor Network

ABSTRACT

Target coverage (TCOV) and network connectivity (NCON) are the most basic problems affecting robust data communication and environmental sensing in a wireless sensor network (WSN) application. This article proposes an intelligent Context Aware Sensor Network (CASN) for the process of sensor deployment in WSNs. Accordingly, the process is sub-divided into two phases. In the initial phase, optimal TCOV is performed; whereas, in the second phase, the proposed algorithm establishes NCON among the sensors. The objective model that meets both TCOV and NCON is evaluated as the minimization problem. This problem is solved by a new method that hybridizes the Artificial Bee Colony (ABC) algorithm and the Whale Optimization Algorithm (WOA) together, which is known as the Onlooker Probability-based WOA (OP-WOA) for the determination of optimal sensor locations. In addition, the adopted OP-WOA model is compared with the Genetic Algorithm (GA), the Particle Swarm Optimization (PSO), the ABC algorithm, Differential Evolution (DE), FireFly (FF), the WOA, and the Evolutionary Algorithm (EA)-based TCOV and NCON models. Finally, the results attained from the execution demonstrate the enhanced performance of the implemented OP-WOA technique.     

A survey on coverage and connectivity issues in wireless sensor networks

A wireless sensor network (WSN) is composed of a group of small power-constrained nodes with functions of sensing and communication, which can be scattered over a vast region for the purpose of detecting or monitoring some special events. The first challenge encountered in WSNs is how to cover a monitoring region perfectly. Coverage and connectivity are two of the most fundamental issues in WSNs, which have a great impact on the performance of WSNs. Optimized deployment strategy, sleep scheduling mechanism, and coverage radius cannot only reduce cost, but also extend the network lifetime. In this paper, we classify the coverage problem from different angles, describe the evaluation metrics of coverage control algorithms, analyze the relationship between coverage and connectivity, compare typical simulation tools, and discuss research challenges and existing problems in this area.     

三维传感器网络部署、覆盖和连接问题研究

针对三维传感器网络中节点最优部署问题进行研究.通过分析常用规则多面体（如立方体和截顶八面体等）在三维空间的填充特点,提出了网络节点按规则多面体部署时,单位节点最大有效体积的计算方法;同时利用该方法得到了网络区域保持充分覆盖且邻节点相连接时所需的最少节点数;最后通过仿真比较了不同规则多面体的部署性能,进而给出了在各种rc/rs（rc为通信范围,rs为感测范围）情况下的最优部署模式,提高了网络节点的部署效率.