移动传感器k栅栏覆盖研究

在随机部署的无线静态传感器网络中,为保证监控区域的栅栏覆盖而需要大量的节点,从而导致节点之间覆盖区域相互重叠,产生覆盖冗余。通过利用移动传感器节点重部署的能力,可以使用少量的节点保证监控区域的栅栏覆盖。针对1栅栏覆盖问题,提出了基于集中式再部署算法CBarrier的改进算法MCBarrier。通过将监控区域划分为若干片段区域,分别进行栅栏覆盖,并设计基于分治算法的k栅栏覆盖构建算法kMCBarrier。实验表明:MCBarrier算法与kMCBarrier算法能量高效的实现栅栏覆盖,且kMCBarrie算法具有良好的扩展性。     

一种传感器网络移动栅栏部署算法

栅栏覆盖是传感器网络研究中的热点问题,现有有关栅栏覆盖研究大多针对静态兴趣区域的栅栏覆盖,而对于实际应用中如海洋污染、森林火灾、部队行军等的栅栏覆盖应用不适用;该文主要针对动态对象研究移动传感器网络的有效栅栏覆盖;抽象了问题模型并提出了栅栏覆盖评价指标,然后结合凸优化理论提出了一种分布式的移动栅栏覆盖算法;通过3个不同场景分别测试了算法在400*600m的区域中随机部署有50个移动传感器节点对于不同动态对象构建一条封闭栅栏带所花费的时间以及栅栏带动态形成时的移动距离;测试结果算法能够快速有效实现动态区域的栅栏覆盖。     

基于蜂窝网格锚点的虚拟力导向节点部署算法

为满足覆盖需求,提出了一种基于蜂窝网格锚点的虚拟力导向节点再部署覆盖增强算法;算法基于传感器节点覆盖圆盘与其邻居节点覆盖圆盘的交点构成正六边形蜂窝时,有效覆盖面积最大理论,设置对随机部署的节点虚拟引力锚点作为虚拟力导向移动的目标,建立锚点对节点的虚拟引力,建立节点之间虚拟斥力来避免节点移动中的碰撞问题;完成随机播撒的节点在虚拟力的作用下的再部署,提高覆盖率,保证覆盖质量;Matlab R2012a仿真实验中,随机部署不同数量的节点,网络覆盖率均较快达到95%以上,满足覆盖需求。     

一种水面WSN弱栅栏覆盖方法研究

无线传感器网络栅栏覆盖在水面与陆地场景中存在较大差别,在水面覆盖栅栏需要考虑节点受外界因素影响导致位置漂移等问题。目前大量的研究都是针对陆地应用场景而很少研究水面栅栏覆盖,因此提出一种水面WSN弱栅栏覆盖方法（A method of WSN weak barrier covering for water surface WBWS）,由于在部署传感器节点时已经形成一些子栅栏段,因此首先在部署区域中搜索已经形成的子栅栏,然后利用匈牙利算法派遣可移动节点拼接子栅栏完成弱栅栏的构建,且保证该过程中移动节点移动距离之和最小,最后研究了水面栅栏的维护问题。实验结果表明该方法能够有效的构建弱栅栏且能耗较低。     

一种概率感知模型的栅栏覆盖优化部署策略

为了解决无线传感器网络的栅栏覆盖问题,对概率感知模型下的栅栏覆盖进行研究.通过对传感器节点费用和能耗的分析,利用相邻节点的数据融合技术,提出了一种可以监测移动目标小于临界速度的优化部署策略,并给出了该策略适用的临界条件.分析和仿真表明,该策略能够有效提高网络的生命周期.     

无线传感器网络栅栏覆盖改进

栅栏覆盖是无线传感器网络中的研究热点,鉴于移动节点的高昂造价以及在移动过程中的巨大能耗,针对高效节能的修复栅栏漏洞问题进行研究.建立静止节点的权重图,并利用迪杰斯特拉算法(Dijkstra)寻找所需最少数目的移动节点和构建栅栏覆盖的最短路径.根据构建栅栏覆盖的最短路径和基于路径上的每个栅栏漏洞所需的最少移动节点,将栅栏漏洞划分为简单情况和一般情况,借助于最大权匹配算法(Kuhn-Munkres)求解移动节点的最短移动距离.仿真实验表明,所提出算法明显减少了移动节点的移动距离,实现了栅栏覆盖.     

基于节点重部署的水下传感器网络三维栅栏覆盖

水下传感器网络是近年的研究热点,如何高效实现三维栅栏覆盖,仍是一个开放的课题.把三维栅栏覆盖转化为二维区域覆盖空洞修补,针对栅栏平面上的覆盖空洞,设计穿过空洞质心的垂直修补线段.提出了基于节点重部署的能量高效的三维栅栏构建算法(Bmon),针对栅栏平面上的覆盖空洞,选择移动能耗最小的节点移动到空洞的垂直修补线段上,修补覆盖空洞,实现三维栅栏覆盖.仿真结果验证了该算法的有效性.该研究对三维覆盖研究有一定的理论和借鉴意义.     

一种节点混合运动的有向传感器网络强栅栏构建方法

有向传感器网络栅栏覆盖在入侵检测方面发挥着重要作用,现有的有向传感器网络栅栏构建方法存在节点利用率不高、栅栏构建率低等问题。本文设计了一种节点混合运动的有向传感器网络强栅栏构建方法,构建时先将节点沿着部署线进行部署,完成初始子栅栏节点和冗余节点的归类,随后对间隙处节点进行旋转以拼接子栅栏,无法拼接的间隙需要建模以寻找栅栏间隙待修复位置,使用Hungarian算法对冗余节点的派遣方式进行优化,以更低能耗使冗余节点移动到待修复位置,完成最终的构建工作。仿真实验表明,该方法对于增加节点利用率,提高栅栏构建率具有较好的性能。     

面向区域覆盖的异构传感器节点部署

针对异构传感器节点随机部署于被监测区域时容易产生覆盖漏洞的问题,提出一种基于取样直线扫描的覆盖漏洞修复算法,基于取样直线扫描,找到覆盖漏洞;通过移动传感器节点修复覆盖漏洞.该算法以完全覆盖被监测区域为优化目标,对于具有相同感知半径的同构传感器节点和具有不同感知半径的异构传感器节点同样适用.仿真实验表明:该算法能有效修复覆盖漏洞.     

基于重叠感知比的强栅栏覆盖构建算法

研究了有向传感器网络中强栅栏覆盖问题。分析如何高效地利用可移动传感器填充栅栏间隙并与固定传感器形成强栅栏。引入重叠感知比OSR(Overlap-Sense Ratio)概念,基于OSR对随机部署后形成的强连通簇内节点进行调节。采用有向栅栏图DBG(Directional Barrier Graph)对栅栏覆盖问题建模,将可移动传感器填充栅栏间隙问题转化为二部图赋权匹配问题。提出基于重叠感知比的强栅栏覆盖构建OSR-SBC(Strong Barrier Construction algorithm based on OSR)算法。仿真实验验证了OSR-SBC算法的高效性。     

基于虚拟力的混合感知网节点部署

感知网一般是由静态的或移动的节点组成,为保证感知网的感知功能,节点应该有自部署和自修复能力.然而全部由移动传感器组成的感知网的成本太高,为保证感知网的覆盖功能和低成本,提出了一种在静态传感器节点中加入移动传感器节点的混合感知网形式.为了更好地部署这些节点,最大化覆盖待感知区域,提出了一种基于节点间虚拟力的移动节点部署方法,利用静态节点和移动节点以及移动节点之间的虚拟人工势场产生的作用力来控制移动节点的运动,使移动节点能够在较短的时间内,以较少的能量消耗到达自己合适的位置.在理论上分析了算法的可行性,用仿真实验验证了此算法的有效性,并和其他3种类似算法进行了性能比较.     

Double Barrier Coverage in Dense Sensor Networks

When a sensor network is deployed to detect objects penetrating a protected region, it is not necessary to have every point in the deployment region covered by a sensor. It is enough if the penetrating objects are detected at some point in their trajectory. If a sensor network guarantees that every penetrating object will be detected by two distinct sensors at the same time somewhere in this area, we say that the network provides double barrier coverage （DBC）. In this paper, we propose a new planar structure of Sparse Delaunay Triangulation （SparseDT）, and prove some elaborate attributes of it. We develop theoretical foundations for double barrier coverage, and propose efficient algorithms with NS2 simulator using which one can activate the necessary sensors to guarantee double barrier coverage while the other sensors go to sleep. The upper and lower bounds of number of active nodes are determined, and we show that high-speed target will be detected efficiently with this configuration.     

A survey on barrier coverage with sensors

For various applications, sensors are deployed to monitor belt regions to guarantee that every movement crossing a barrier of sensors will be detected in real-time with high accuracy and minimize the need for human support. The barrier coverage problem is introduced to model these requirements, and has been examined thoroughly in the past decades. In this survey, we state the problem definitions and systematically consider sensing models, design issues and challenges in barrier coverage problem. We also review representative algorithms in this survey. Furthermore, we provide discussions on some extensions and variants of barrier coverage problems.     

无线传感器网络中移动传感器的再定位技术

回顾了在传感器网络中引入移动传感器的过程。介绍了移动传感器再定位技术可解决传感器网络中的事件深入感知、传感器失效和非精确投放等问题。详细阐述了现有的移动传感器移动至感兴趣区域深入感知、扩大网络覆盖面积和修补网络覆盖洞三类技术。剖析了现有技术中存在的问题。总结分析了主要解决方法和模型,并对未来研究方向进行了展望。     

一种目标监测的移动传感器网络覆盖分布式优化算法

针对移动传感器网络中目标监测的节点部署问题,为保证在无覆盖漏洞的同时减少覆盖冗余,以六边形棋盘结构(HTL)为网络的目标部署结构,提出一种基于群集控制的分布式部署算法.该方法只需目标的相对方向和邻居节点的相对位置、速度信息,可不依赖于通信.仿真结果表明,所提出的算法对静止和运动目标均有效,与基于虚拟力的算法相比所需信息更少,部署更均匀,对HTL的逼近效果更好,覆盖更优.     

基于静态和移动传感器的WSN的k-覆盖研究

针对无线传感器网络的k-覆盖问题进行了研究。首先定义一个表征网络覆盖效率的过度提供因子,并在此基础上对静态传感器网络和全移动传感器网络的k-覆盖问题进行分析,得到这两种情形下的过度提供因子以及全移动传感器网络中移动传感器的最大移动距离;进而提出一种由静态传感器和少量移动传感器构成的混合网络结构,并得到了这种网络结构下不依赖于网络大小的k-覆盖以及调度移动传感器移动的分布式移动调度算法,从而实现有效覆盖。仿真结果表明,提出的混合网络结构不仅能够实现精确的k-覆盖,而且相比于其他k-覆盖算法,有更高的覆盖率。     

一种混合无线传感器网络内覆盖洞修补的分布式启发算法

首先对最小化最大移动开销移动传感器分布式算法设计进行了分析, 并指出在分布式条件下难以对此类算法中的输出分派移动传感器的最大开销进行限制, 随后提出了一种分布式启发算法。该算法将移动传感器和覆盖洞视为节点, 在节点和节点的邻居间通过有限数量消息实现匹配。仿真结果显示, 算法可实现最高达到85%的覆盖洞修补率以及较低的移动传感器最大移动开销, 使其更能适用于实际无线传感器网络环境。     

Distributed algorithms for barrier coverage using relocatable sensors

We study the barrier coverage problem using relocatable sensor nodes. We assume each sensor can sense an intruder or event inside its sensing range. Sensors are initially located at arbitrary positions on the barrier and can move along the barrier. The goal is to find final positions for sensors so that the entire barrier is covered. In recent years, the problem has been studied extensively in the centralized setting. In this paper, we study a barrier coverage problem in the distributed and discrete setting. We assume that we have n identical sensors located at grid positions on the barrier, and that each sensor repeatedly executes a Look-Compute-Move cycle: based on what it sees in its vicinity, it makes a decision on where to move, and moves to its next position. We make two strong but realistic restrictions on the capabilities of sensors: they have a constant visibility range and can move only a constant distance in every cycle. In this model, we give the first two distributed algorithms that achieve barrier coverage for a line segment barrier when there are enough nodes in the network to cover the entire barrier. Our algorithms are synchronous, and local in the sense that sensors make their decisions independently based only on what they see within their constant visibility range. One of our algorithms is oblivious whereas the other uses two bits of memory at each sensor to store the type of move made in the previous step. We show that our oblivious algorithm terminates within \(\varTheta (n^2)\) steps with the barrier fully covered, while the constant-memory algorithm is shown to take \(\varTheta (n)\) steps to terminate in the worst case. Since any algorithm in which a sensor can only move a constant distance in one step requires \(\varOmega (n)\) steps on some inputs, our second algorithm is asymptotically optimal.