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.     

无线多媒体传感器网络混合虚拟势场覆盖研究

主要研究无线多媒体传感器网络的模型优化和区域覆盖增强问题.首先从多媒体传感器节点具有方向性的感知特性出发,针对视频可接受清晰度问题,设计了一种改进的扇环感知模型,并以此为基础对无线多媒体传感器网络(WMSN)中区域覆盖增强问题进行研究.其次,采用混合虚拟势场对WMSN 的区域覆盖进行增强,质心在虚拟势场产生的引力和斥力作用下运动.算法针对传统虚拟势场可能出现因局部极小而导致覆盖优化效果降低的问题改进了斥力函数,引入邻居节点共同覆盖率辅助节点感知方向的调整.并在传感器节点迭代完成后引入边界斥力,以进一步优化边界节点的利用率.最后通过一系列的模拟仿真实验和效率对比表明了算法的有效性.     

基于改进势场的有向传感器网络路径覆盖增强算法

路径覆盖是无线传感器网络目标监控领域的一个热点研究问题,在分析节点主感知方向可调模型的基础上,提出了一种基于改进势场的有向传感器网络路径覆盖增强算法(improved potential field based path coverage-enhancing algorithm,IPFPCA).该算法针对传统虚拟势场可能出现的局部极小导致覆盖增强失败问题设计了一种改进的势场函数,通过将相邻传感器节点对路径轨迹点的共同覆盖率引入到斥力计算中,有效引导节点的主感知方向调整,从而达到路径的高效覆盖.实验结果表明:对比已有的路径覆盖增强算法,IPFPCA可以消除节点的感知重叠区和盲区,最终实现网络路径的高效覆盖.     

有向异构传感器网络覆盖优化算法

针对有向异构传感器网线随机部署产生覆盖重叠和盲区这一问题,受到虚拟势场算法的启发,提出了基于虚拟势场的有向异构传感器网络覆盖优化算法（PCADH）。以有向感知模型为基础,引入重叠质心、有效质心和虚拟边界质心的概念,对有向异构传感器网络进行虚拟受力优化、节点往复运动优化和边界优化处理。仿真结果表明：算法可以快速有效地提高有向异构无线传感器网络的覆盖率。     

基于仿真势场的无线视频传感器网均衡协议

针对现有传感器网络在无线视频应用中,对于簇首选取较少考虑剩余节点能量问题,不利于网络使用寿命提升和降低组网成本的缺点,提出一种基于虚拟势场的无线视频传感器网均衡协议。首先,对无线视频传感器网络结构及模型进行研究,给出其网络结构、能耗模型以及感知模型;其次,在上述模型基础上,从能耗均衡角度进行簇首选取,有效提高网络使用寿命,并利用虚拟势场对传感器节点的感知方向进行调整,提高传感器节点覆盖范围,降低组网成本;最后,通过算法的仿真实验对比表明,所提协议可有效提升网络使用寿命和视频监测区的信号覆盖率。     

多障碍的有向异构传感器网络覆盖优化算法

针对多障碍影响的有向异构传感器网络中的覆盖问题,在满足有向感知模型的基础上,提出了基于虚拟势场的多障碍的有向异构传感器网络覆盖优化算法PCMODH。该算法通过引入重叠质心和有效质心的概念,对多障碍影响的有向异构传感器网络进行邻居节点的虚拟受力优化、节点往复运动优化、边界节点及障碍物节点处理。该算法优化了随机部署产生的覆盖问题,提高了多障碍的有向异构传感器网络的覆盖率。仿真结果证明了该算法的有效性。     

有向移动异构传感网分布式部署策略

针对移动异构有向传感网的覆盖增强问题,提出了一种基于虚拟全向感知圆的节点分布式部署策略DDS（Distrib?uted Deployment Strategy）。DDS采用等面积虚拟全向感知圆替代有向节点感知扇形,根据不同感知圆之间的位置与半径大小关系为每个有向节点合理构建区域覆盖子区间,最后由该子区间多边形的形心确定节点的候选位置坐标。同时,DDS策略充分利用有向节点的旋转特性,计算节点视角方向使其面向检测区域外侧。节点通过视角调整和合理移动,不断提高网络覆盖率。仿真结果表明,DDS在提高网络覆盖率,增强节点分布均衡性方面具有明显的优势。     

基于机器人群的主动传感器网络自组织的运动规划

主动传感器网络的自组织通常要求移动节点群(机器人群)通过障碍物环境移动到指定地点后, 重新调整并按预定布局组网. 在网络的自组织过程中要保证每个移动节点(机器人)与整个网络之间的连通性. 在对移动机器人的保持连通性进行优化的基础上, 提出了单步位置预测与群体势场相结合的分布式运动规划方法进行主动传感器网络的部署和重置, 证明了机器人运动控制的稳定性和网络的连通性保持, 进行了有和无障碍物环境下超过40个机器人的仿真, 结果表明该方法适用于大规模的主动传感器网络重置, 并对不同规模的网络具有可扩展性.     

基于虚拟力的异构节点网络覆盖增强算法

节点覆盖是无线传感器网络关键技术之一。该文提出一种基于虚拟力的异构节点网络覆盖增强算法,该算法由计算几何和改进的虚拟力算法组成。研究如何在理想状态下使分布达到覆盖度最大化,同时采用虚拟势场方法使节点作扩散运动,以消除网络感知重叠区。仿真实验结果表明,网络覆盖度提高约20％。     

半径可调的无线传感器网络三维覆盖算法

针对三维无线传感器网络区域中节点覆盖的问题,提出一种半径可调的无线传感器网络三维覆盖算法（3D-CAAR）。该算法利用虚拟力作用实现无线传感器网络的节点均匀部署,同时结合传感器节点的半径可调覆盖机制,判断节点与被覆盖区域中目标点之间的距离。引入能耗阈值,使得节点根据自身情况调节节点感知半径,从而降低无线传感器网络的整体能耗,提高了节点利用率。最后,通过与传统基于人工势场的三维部署算法（APFA3D）、基于与未知目标精确覆盖的三维算法（ECA3D）仿真实验对比,3D-CAAR的事件集覆盖效能明显较高,能有效解决三维无线传感器网络中对目标节点的覆盖问题。     

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。     

基于移动节点的无线传感器网络覆盖优化研究

针对无线传感器网络中因节点的任意部署导致出现覆盖空洞的问题,采用了移动节点进行修复的思想,提出了一种基于向量代数的分布式方法来确定节点的移动方向和通过感知半径来确定节点的移动距离的节点移动方案。仿真实验结果表明,该策略提高了网络的覆盖率,减少了所需移动节点的个数和移动节点的能量消耗。     

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。     

A grid-based coverage approach for target tracking in hybrid sensor networks

Most existing work on the coverage problem of wireless sensor networks focuses on improving the coverage of the whole sensing field. In target tracking, the interested coverage area is the emerging region of a motorized target, not the whole sensing field. As the motorized target moves, the emerging region is also dynamically changed. In this paper, we propose a grid-based and distributed approach for providing large coverage for a motorized target in a hybrid sensor network. The large coverage is achieved by moving mobile sensor nodes in the network. To minimize total movement cost, the proposed approach needs to solve the following problems: the minimum number of mobile sensor nodes used for healing coverage holes and the best matching between mobile sensor nodes and coverage holes. In the proposed approach, the above two problems are first transformed into the modified circle covering and minimum cost flow problems, respectively. Then, two polynomial-time algorithms are presented to efficiently solve these two modified graph problems, respectively. Finally, we perform simulation experiments to show the effectiveness of proposed approach in providing the coverage for a motorized target in a hybrid sensor network.     

A smart node architecture for adding mobility to wireless sensor networks

Adding a few mobile nodes into the conventional wireless sensor networks can greatly improve the sensing and control capabilities of the networks and can help researchers solve many challenges such as network deployment and repair. This paper presents an enhanced node architecture for adding controlled mobility to wireless sensor networks. The structural model, the power model and the networking model of the proposed mobile node have been built respectively for better node control. And it provides a novel robotic platform for experimental research in hybrid sensor networks or other distributed measurement and control systems. A testbed has finally been created for validating the basic functions of the proposed mobile sensor node. The results of a coverage experiment show that the mobile node can provide additional support for network coverage and can ensure that the sensor network will work properly in undesirable environments.     

一种移动无线视频传感器节点的覆盖算法

在现有的无线传感器网络覆盖算法的研究中,缺乏对移动节点路径规划的研究,而针对具有视频传感器节点的网络仍使用普通传感器圆形覆盖区域的测量方法来计算覆盖面积,并不完全符合实际情况.基于这两方面的原因,本文提出了一种适用于无线视频传感器节点的最大覆盖算法,并提出一种对于视频传感器节点覆盖面积的计量方法.该算法能够使节点在保证网络连通性的前提下,达到最大的有效监测范围.此外,本文建立了相应的仿真实验模型,对该算法的有效性和覆盖面积进行了实验与分析.结果表明,本算法的节点监测面积大约为使用随机运动算法的节点监测面积的1.5倍左右,并可以保证网络的连通性.     

无线传感器网络中基于移动锚节点的APIT的改进定位算法

针对APIT定位算法定位误差大,覆盖率低等缺点,提出了一种基于移动锚节点的改进的定位算法.在网络中引入移动锚节点,通过移动覆盖算法尽量使节点均匀分布,并提出了一种基于异构传感器网络的最佳节点数量的计算方法,另外引入了RSSI量化模型对APIT算法进行修正,解决了用APIT算法不能进行定位的问题.仿真结果表明,其与传统方...     

基于虚拟力的异构无线传感器网络覆盖优化策略

针对异构无线传感器网络覆盖优化过程中,固定Sink节点的虚拟作用力限制移动节点的位置移动,导致覆盖盲区得不到全局修复的问题,本文结合计算几何理论,提出基于Voronoi多边形形心引力的虚拟力覆盖优化算法（CAVFA）。虚拟力算法能有效指导移动节点的散布过程,形心引力能更好地实现全局的覆盖优化。通过合理设置虚拟力的距离阈值参数和优先级,调整固定节点对移动节点的约束。仿真表明,相比传统VFA算法和CBA算法,本文提出的CAVFA算法能够更有效地提高异构网络的覆盖率,且算法收敛速度更快。     

基于分布式烟花算法的WSN布局优化方法

无线传感器网络具有广泛的应用,然而如何有效部署无线传感器节点,提高节点利用率和网络覆盖率,仍是一个亟待解决的问题。针对传统无线传感器网络部署方法存在节点冗余率高、覆盖率低等问题,以网络覆盖率为优化目标,将烟花算法良好的结果搜索能力和分布式高效的计算速度相结合,实现对网络覆盖率优化模型的高效求解。实验表明,该算法相比于普通的烟花算法具有更好的计算结果和更快的收敛速度。