遗传算法在无线传感器网络覆盖中仿真研究

在无线传感器覆盖问题的研究中,传统覆盖算法存在节点覆盖区域间重复率高、能耗浪费从而导致网络覆盖效率低、网络寿命短的难题.为了提高无线传感器网络的覆盖率、延长网络生存时间,提出一种遗传算法优化的无线传感网络覆盖方法.首先把拓扑控制思想引入到网络节能覆盖中,无线传感器最大覆盖率为目标,建立一个感知半径之和最小的数学模型,然后利用遗传算法对模型进行求解,从而得到最优网络覆盖.最后进行仿真实验,仿真结果表明,相对于传统算法,不仅节能而且可以用较少的传感器节点获得较高覆盖率、有效地降低信道通讯干扰、提高网络的抗毁性.     

WSN中基于线性规划的多类别目标覆盖算法

多类别目标覆盖问题是目前无线传感器网络中的研究热点。针对现有目标覆盖算法在时间效率、网络生命周期等方面的不足,将多类别目标覆盖问题建模为基于线性规划的网络生命周期最大化问题,提出一种基于分簇的目标覆盖算法。该算法依据节点的剩余能量和感应能力,在每个簇结构内求解最优覆盖集的基础上得到接近于最优解的全局覆盖集,进而调度节点相应的感应模块去覆盖其感知范围内同属性的目标。实验结果表明,该算法是有效的,在网络生命周期和时间效率等方面均优于CWGC方案,接近于线性规划最优值。     

BPEC:无线传感器网络中一种能量感知的分布式分簇算法

无线传感器网络的大面积铺设以及数据融合的需求,促使必须有效地组织网络的拓扑结构,以达到均衡负载、延长网络的生命周期的目标.分簇已被证实是将网络组织成层次相连结构的有效方式.提出了一种新的以邻居节点的平均剩余能量与节点本身的剩余能量的比值作为竞争簇头的主要参数,以节点的"度"作为节点竞争簇头辅助参数的节能分布式分簇算法BPEC.如果执行BPEC算法,整个网络的广播消息量复杂度为O(n),整个网络的时间复杂度为O(1).证明了由BPEC算法产生的簇头集合是一个最大独立集,簇头集合能覆盖网络的所有节点.当节点足够多时,仿真实验结果表明,簇头集合的尺寸大小与理论推导值十分接近.     

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。     

无线传感器网络最小覆盖集的贪婪近似算法

网络生命期是限制无线传感器网络发展的一个瓶颈.在保证网络监控性能的前提下,仅调度部分节点工作而让其余节点处于低功耗的休眠状态,可以有效节省能耗,延长网络生命期.节点调度的目标是寻找一个能够覆盖监控区域的最小节点集合,这是一个NP难问题,目前,其近似算法的性能较低.提出了一种基于贪婪法的最小覆盖集近似算法,在构造覆盖集的过程中,优先选择扩展面积最大的有效节点加入覆盖集.理论分析表明,该算法能够构造出较好的覆盖集,时间复杂度为O(n),其中,n为初始节点总数.实验数据表明,该算法的性能要优于现有算法,得到的覆盖集的平均大小比现有算法减小了14.2%左右,且执行时间要短于现有算法.当初始节点分布较密时,该算法得到的平均覆盖度小于1.75,近似比小于1.45.     

异构无线传感器网络中异构节点的部署与优化

在无线传感器网络中适当地部署少量的异构传感器节点能够有效地延长网络寿命,提高网络的可靠性.本文主要研究无线传感器网络中异构节点的部署问题,提出了基于选址问题的异构节点部署算法,以优化无线传感器网络中异构节点的数量和位置.与其它算法相比,该算法对无线传感器网络的拓扑结构没有特定的要求,可以支持随机部署或人工部署的各种传感器网络,最后还给出了该算法的仿真测试结果.     

无线传感器网络中基于Voronoi覆盖及Delaunay三角剖分图的最小刚性拓扑控制算法

为同时满足覆盖与节能应用需求,本文提出了无线传感器网络中一种最小刚性拓扑控制算法MRTc（Minimal rigid topology control algorithm based on Voronoi coverage and Delaunay triangulation）.该算法基于Voronoi覆盖机制,准确控制节点工作状态,实现活动节点对目标区域的完全覆盖.在此基础上,MRTc利用Delaunay三角剖分图的特点,构建出适用于无线传感器网络的最小刚性拓扑结构.该结构有效约束了网络平均节点度,且同时具有容错性、覆盖性和稀疏性.此外,MRTc引入节点功率控制策略,在维持网络完全覆盖的基础上最小化节点能耗.仿真结果进一步验证了本文提出的MRTc算法的有效性.     

基于遗传算法的无线传感器网络巡航覆盖最小移动节点数研究

被监测环境的状态可以使用无线传感器网络的有效感知.本文使用无线传感器网络巡航覆盖模型实现了建筑能效监测过程.为降低基于无线传感器网络巡航覆盖模型的数据采集系统构造和维护成本并降低系统复杂度,采用MTSP问题对无线感器网络巡航覆盖最小移动节点数问题建模,提出了无线感器网络巡航覆盖最小移动节点数快速求解算法并使用遗传算法实现了快速求解算法.实验结果表明,本文提出的方法快速有效,而基于遗传算法的快速求解算法的实现可以快速确定无线感器网络巡航覆盖最小移动节点数上界.     

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.     

概率模型下的一种优化覆盖算法

覆盖率不仅是评价无线传感器网络体系性能的重要标准之一,也是无线传感器网络所研究的一项重点课题.为此,提出了一种概率模型下优化覆盖算法.该算法通过对概率覆盖模型的计算,给出了传感器节点覆盖的期望值和公差的求解过程以及对所关注目标节点进行首次覆盖后的期望值证明过程.在网络能量方面则通过节点状态调度策略对通信路径进行优化,证明节点能量衰减过程中,拟合函数极限存在的意义,实现了传感器节点能量的有效匹配,抑制了传感器节点能量的消耗,证明了优化后整个监测区域传感器节点覆盖函数之间的关系.仿真实验结果表明,该算法不仅提高了覆盖和网络服务质量,而且有效地抑制了网络能量开销,延长了网络生存周期.     

无线传感器网络中能耗均衡的覆盖控制算法

覆盖控制作为无线传感器网络的一个基本问题,对网络的生存时间、部署策略、通信协议和组网等问题的解决具有重要影响。在传感器节点随机冗余部署方式下,传统的方式 是在保证覆盖要求和通信连通的前提下仅将最少量的节点投入活跃工作状态,从而降低网络能耗。但是,若频繁地激活同一批节点,会造成这些节点由于能耗过快而较早失效效,使整个网络的冗余程度降低。然而,冗余度是传感器网络在单个节点性能有限的情况下提高整个网络的可靠性、容错性、精确性等的基础。为此,本文提出了一个能耗均衡ECB的覆盖问题,指出它是NP完全的,并给出了一个集中式近似算法。该算法根据节点的剩余能量赋于每个节点非负权,再基于Voronoi划分和贪心边方法,在保证覆盖要求的同时选择权和最小的节点激活。仿真实验结果表明,ECB算法求得的活跃节点集小,可以达到有效覆盖,并且可以保持网络的冗余度。     

一种无线传感器网络目标的最优覆盖算法

无线传感器网络点状目标覆盖的算法中,集合分割算法虽简单,但效率低且仅适用于每个传感器节点能量都相等的网络模型.为此,我们对集合分割算法进行改进,提出一种启发式贪心最优覆盖算法.该算法适用于节点能量正态分布的网络模型,采用了关键目标优先覆盖策略和节点能效最大化策略,延长了网络覆盖生命期,提高了算法的效率.实验表明新算法网络生命期延长80%以上,有更好的适应性和稳定性.     

基于BBO算法的WSN覆盖与连接节点部署方案

针对无线传感器网络中目标节点部署能力差的问题,提出基于生物地理学优化(biogeography-based optimization,BBO)算法的节点部署方案,该方案能够在网络中找到满足K-覆盖和M-连通性要求的传感器节点最佳部署位置。提出的基于BBO的算法为目标节点提供了一种有效的编码方案,通过优化构建的加权多目标函数来获得近似最优解,选择最小数量的合适点P,使得所有目标点在满足K-覆盖的同时,覆盖目标的传感器节点也满足M-连接。仿真结果表明,该方案能够在不同的K和M组合下找到合适位置的最优数,而且与其他技术方案相比,该方案的性能具有明显的优势。     

Mobility-assisted minimum connected cover in a wireless sensor network

All properties of mobile wireless sensor networks (MWSNs) are inherited from static wireless sensor networks (WSNs) and meanwhile have their own uniqueness and node mobility. Sensor nodes in these networks monitor different regions of an area of interest and collectively present a global overview of monitored activities. Since failure of a sensor node leads to loss of connectivity, it may cause a partitioning of the network. Adding mobility to WSNs can significantly increase the capability of the WSN by making it resilient to failures, reactive to events, and able to support disparate missions with a common set of sensor nodes. In this paper, we propose a new algorithm based on the divide-and-conquer approach, in which the whole region is divided into sub-regions and in each sub-region the minimum connected sensor cover set is selected through energy-aware selection method. Also, we propose a new technique for mobility assisted minimum connected sensor cover considering the network energy. We provide performance metrics to analyze the performance of our approach and the simulation results clearly indicate the benefits of our new approach in terms of energy consumption, communication complexity, and number of active nodes over existing algorithms.     

一种基于扫描线的传感器节点调度算法

系统生命期对无线传感器网络至关重要。在保证监控性能的前提下，通过调度传感器节点，使得部分节点工作，部分节点休眠，可以有效延长系统生命期。现有调度算法的性能不是很好，该文提出了一种基于扫描线的传感器节点调度算法，该算法将节点的监控区域近似为一组扫描线，通过这些扫描线判断是否为冗余节点。仿真实验表明，此算法的性能良好，调度得到的活动节点数约为现有算法的91%，平均覆盖度约为1.84。     

WSN中有效的最小单位圆集覆盖算法*

针对具有不同传输半径的无线传感器网络覆盖与广播数据转发问题,提出了一种以最小单位圆覆盖集作为广播数据转发集的算法。该算法能有效计算出覆盖范围的轮廓集,具有最优的时间复杂度O(n log n)。对每个节点,该算法以其最少数量的邻居节点子集实现所有邻居节点的覆盖,并证明了该算法找到的最小单位圆覆盖集与其轮廓集是相等的。详细的仿真实验及与现有算法的比较表明,提出的覆盖算法不仅以最少数量的节点实现了网络覆盖与广播数据转发,同时延长了网络生命期。     

学习自动机结合节点功率自适应调整的WSN目标覆盖方案

针对大多数现有无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)目标覆盖方案没有考虑传感器功率(传感范围)可调的问题,提出一种基于学习自动机(Learning Automata, LA)和节点功率自适应调整的WSN的目标覆盖方案。利用LA算法根据节点能量自适应调整节点的发射功率,构建能够覆盖所有目标的覆盖集,并通过精简过程获得最小覆盖集,从而减低节点的能耗,提高网络的生命周期。通过实验研究了传感器数量和目标数量对网络寿命的影响,并将该方案与基于贪婪算法、遗传算法的方案进行比较,结果表明,该方案能够获得更多的覆盖集和更长的网络寿命。     

综合覆盖调度的无线传感器网络跨层路由研究

无线传感器网络由大量微小的传感器节点构成,各节点协作完成环境现象的分布式感知。覆盖控制作为无线传感器网络中的一个基本问题,反映了网络所能提供的"感知"服务质量。基于现有的集中式计算覆盖集合算法MLMC,通过改变计算覆盖集合条件,结合能量不均衡消耗的I-RDDD协议,观察了网络生存期的变化。仿真结果和分析表明,基于能量考虑和单组覆盖集合轮询的工作方式能获得更长的网络生存期。     

RGA-D：一种无线传感器网络覆盖优化方法

研究了无线传感器网络覆盖优化问题,针对传感器节点随机部署、分布不均,传统覆盖优化算法一般只考虑网络部署后单次优化的问题,提出基于节点冗余和覆盖集冗余的计算方法,用网络的局部特征表征全局特征,改进了网络覆盖模型。并在此基础上提出RGA-D算法,利用遗传算法计算覆盖集,同时考虑节点和覆盖集冗余度,对网络整个生存期进行全局优化。仿真实验表明,RGA-D算法能在活跃节点数和网络覆盖率之间达到平衡,解决了网络生存期后期容易出现覆盖盲区的问题。