活动受限三维水下传感器网络节点定位算法

针对水下传感器网络的部署方式,设计活动受限三维水下传感器网络节点定位算法(localization foractive-restricted UWSN,简称LAR).LAR 利用水下节点活动受限的特点辅助定位,通过分层定位的实施方式得到部署区域内全部节点的位置,并根据水下传感器网络中的节点移动规律,设计动态环境下的补偿机制.LAR 过程简单、易于实现,仿真结果表明其定位误差明显小于现有算法.     

基于网格划分和虚拟力的水下传感器网络部署策略

针对三维水下传感器网络存在的节点部署稀疏、水下节点昂贵、网络部署成本高、三维环境复杂等问题,提出了一种基于网格划分和虚拟力的网络部署策略。该策略研究了三维空间多面体填充问题,将水平面划分为一定大小的网格,对水面上的节点运行虚拟力算法,使节点均匀扩散开,落在同一网格的节点通过控制浮标与节点间的缆绳长度控制节点在垂直方向的移动,形成三维水下传感器网络。仿真实验结果表明,该策略能够以更小的节点数目达到更高的三维空间网络覆盖效率,从而有效地减少网络的部署成本。     

三维曲面多移动节点的传感器网络部署算法

目前大多数传感器网络部署研究主要集中在二维平面和三维全空间区域,然而,许多现实世界的应用领域是一个复杂的三维空间曲面,现有的覆盖方法不能取得较好的结果。本文研究三维空间曲面传感器网络部署方法,提出一种三维曲面多移动节点的传感器网络部署算法,采用静态节点和动态节点组成的混合传感器网络,由静态节点估算覆盖空洞的位置和面积,再通过移动节点对覆盖空洞进行依次修复。仿真结果表明,该算法的最终网络覆盖率达到了99%,比3DGA算法提高了6个百分点,比Delaunay算法提高了8.5个百分点,同时降低了网络整体能耗。     

基于移动WSN目标追踪算法

水下移动无线传感器网络是追踪水下目标的重要手段,由于水下环境复杂,传感器节点会因为损坏或能量耗尽等问题脱离WSN网络,造成目标追踪困难。针对该问题,在拓扑熵理论基础上建立移动WSN目标追踪算法模型,利用拓扑熵对空间中点集拓扑关系描述移动WSN节点的部署情况。当有节点脱网后,通过不断计算拓扑熵值的变化合理调度节点移动,实现节点移动过程中的分布式自适应部署。仿真结果表明,在传感器节点损耗的情况下,提出算法和现有WSN目标追踪方法相比,在优化移动传感器网络的部署和目标追踪方面,具有更高的算法性能和效率。     

基于自组织图算法的水下传感器网络优化部署研究

水下传感器网络部署是开展水下传感器网络相关应用的基础,良好的传感器节点部署方案可以有效提高目标的监测质量;针对水环境中随机事件的突发性和不确定的特点,提出了基于自组织图算法的水下传感器网络优化部署方案;首先,随机部署传感器节点,预设随机事件呈L型不均匀分布,当随机事件发生在传感器覆盖漏洞处时,采用自组织图算法确定传感器节点需要移动到的目标位置;仿真结果表明,基于自组织图算法的水下传感器网络优化部署方案可以显著提高对随机事件的覆盖率,实现对水环境的有效监测。     

三维网络拓扑结构的水声传感器网络MAC协议

水声传感器网络Underwater Acoustic Sensor Network(UWASN)由于其广阔的应用前景,近年来逐渐被人们关注。然而由于水下环境的限制性,水声传感器网络具有其一些独特性。例如,与二维的陆地传感器网络不同,水声传感器网络是三维的。如今,现有的介质访问控制Medium Access Control(MAC)协议大多是针对二维无线传感网络,很少有基于三维水声传感器网络的 MAC 协议。针对水下三维网络,提出了基于三维网络拓扑结构的水声传感器网络 MAC 协议。该协议将网络中的节点生成树结构,并利用子节点与父节点之间的关系,通过动态节点算法实现三维动态的水声传感器网络。此外,详细分析了节点间的碰撞并有效解决各种碰撞,从而大大提高了信道利用率。通过仿真软件对比不同协议在同一网络拓扑中的实验结果,证实文中协议能够有效节约大量能源。     

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.     

一种水下无线传感器网络节点的三维部署算法

从水环境监测的应用需求出发,提出了水下空间节点三维部署的目标和约束条件.同时,为了解决在三层水下无线传感器网络结构模型下,节点稀疏部署后,网络存在的能耗不均衡问题,提出一种非均匀简单立方格节点部署算法.该算法结合节点水声通信能耗模型,通过增加各层节点数目和调整节点间通信距离来控制节点能耗.从网络的生存时间和网络的能量消耗两方面对算法进行了分析和仿真,结果表明:本算法可以在保证网络覆盖要求的前提下,控制节点部署的密度,均衡节点的能量消耗,延长网络寿命.     

事件驱动的水下传感器网络部署研究

考虑到水下传感器能力受限的特点,提出了一种针对不确定事件监测的水下传感器网络部署方法。初始部署阶段采用随机深度调节的方法让节点均匀分布,以捕捉到更多的事件。重部署阶段节点则根据探测到的事件信息,基于虚拟力的方法进行移动,并且通过引入分簇控制的思想,将节点移动范围限制在各个簇内,从而降低了重构的规模,保证了网络的连通性。仿真结果表明:该算法可以在满足覆盖性能的同时,有效缩短节点的移动距离。     

考虑水流影响的水下传感器网络移动算法研究*

随着世界各国海洋开发和海洋军事的飞速发展,水下传感器网络成为一个新的研究热点,其中失效补偿和高效节能是水下传感器网络研究的重要问题。水声通信的特点使得移动节点在水下传感器网络中得到较为广泛的使用,以其作为失效补偿和提高覆盖效率的有效手段。为了减小移动节点的能耗,改进了现有的移动部署方案,提出一种新的水下传感节点移动算法,在移动路径规划时充分利用水流和重力、浮力的影响来减少节点的移动能量。数值计算和仿真结果表明,本算法有效节省了移动节点的能量消耗,验证了其有效性和正确性。     

基于垂直采样的水下三维传感网覆盖算法

针对水下环境的三维传感器网络节点随机部署时存在覆盖率低的问题,设计一种基于垂直采样的水下三维传感网络覆盖算法,用于提高水下三维传感器网络覆盖率和连通性.垂直采样算法首先对三维监测区域进行垂直平面采样,然后再对该平面进行直线采样,把三维空间的覆盖问题转化为多平面内的直线覆盖优化问题,达到对整个三维网络覆盖优化的目的.仿真结果表明,在100 m×100 m×100 m的三维监测水域,垂直采样算法比三维随机部署策略可提高约4%~28%的覆盖率,在节点数为40时对覆盖率的提升程度最大.     

稀疏水下传感网中AUV数据移动收集技术研究

由于水下传感器节点的水声通信距离有限、价格昂贵,水下传感器网络中一般采用稀疏方式部署,因此很难保证整体网络的连通性及数据采集效率。自主水下航行器AUV（Autonomous Underwater Vehicle）作为天然的移动数据采集平台,可以弥补固定Sink节点数据采集方式的缺陷。提出了一种基于移动AUV的水下传感网移动数据收集机制。以AUV覆盖区域内的传感器节点作为临时Sink节点,其他传感器节点以临时Sink节点为根节点,采用最小生成树MST（Minimum Spanning Tree）方法将传感数据传输到这些临时Sink节点,然后通过临时Sink节点将汇聚数据传输给AUV。随着AUV的自主移动轨迹,水下传感网的传感数据都能简单高效地被收集起来。仿真结果验证了该方法在保证网络能耗的前提下提高了数据采集效率。     

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。     

AUV辅助的水下传感器网络时钟同步算法

针对当前水下传感器网络中的时钟同步难题,设计了一种三元阵被动定位自主水下航行器（ AUV）模型,并基于此模型提出了AUV辅助的时钟同步（ AUV-Sync）算法。该算法通过AUV与节点之间相对运动过程中进行的信息交换来对节点相对距离进行估计,进而基于相对距离计算单向传播时延来降低由于节点移动性所导致的误差。最后,通过两轮加权最小二乘法进行线性回归来估计时钟同步的参数。仿真结果表明：在存在节点漂移的动态水下传感器网络环境中,该算法较其他相关算法有更高的精度。     

基于多AUV协作的稀疏水下传感网定位技术研究

如何在稀疏部署的水下传感器网络中实现传感器节点的高效定位是一个研究热点.提出了一种基于多个移动AUV协作的水下传感器网络内节点定位机制,利用AUV的精确自导航功能实现对网内未知位置节点的定位协助.提出的协作定位算法扩展了水下传感器网络的网内节点位置迭代估计方法,将信标节点和多AUV联合作为定位参考点,然后推导了基于最小二乘法的定位估计方程.仿真结果验证了该方法可以在定位节点比例、归一化定位误差和平均置信度等几个方面提高定位性能.     

Pareto-based evolutionary computational approach for wireless sensor placement

Wireless sensor networks (WSNs) have become increasingly appealing in recent years for the purpose of data acquisition, surveillance, event monitoring, etc. Optimal positioning of wireless sensor nodes is an important issue for small networks of relatively expensive sensing devices. For such networks, the placement problem requires that multiple objectives be met. These objectives are usually conflicting, e.g. achieving maximum coverage and maximum connectivity while minimizing the network energy cost. A flexible algorithm for sensor placement (FLEX) is presented that uses an evolutionary computational approach to solve this multiobjective sensor placement optimization problem when the number of sensor nodes is not fixed and the maximum number of nodes is not known a priori. FLEX starts with an initial population of simple WSNs and complexifies their topologies over generations. It keeps track of new genes through historical markings, which are used in later generations to assess two networks’ compatibility and also to align genes during crossover. It uses Pareto-dominance to approach Pareto-optimal layouts with respect to the objectives. Speciation is employed to aid the survival of gene innovations and facilitate networks to compete with similar networks. Elitism ensures that the best solutions are carried over to the next generation. The flexibility of the algorithm is illustrated by solving the device/node placement problem for different applications like facility surveillance, coverage with and without obstacles, preferential surveillance, and forming a clustering hierarchy.     

三维水声传感器网络中高效路由协议的研究

近年来,三维水声传感器网络在学术界和工业界引起了极大的关注.在被监测海域部署三维水声传感器网络,可以解决二维水声传感器网络节点无法充分观测的问题.为了实现三维水声传感器网络在新环境中的水下监测,需要解决一系列的问题.其中,由于监测区域环境的限制以及水声传感器节点的特殊性,需要设计高效的路由协议来保证数据包在各节点之间正确转发.首先提出一种基本地理位置路由协议.在此基础上,设计一种自适应路由协议,以较好地适应三维水声传感器网络中部分节点失效的情况.通过仿真实验发现,自适应路由协议可以在数据包传送率、端到端延时和网络吞吐量指标上达到平衡,而基本地理位置路由协议在端到端延时指标上可获得更好的性能.     

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.