无线传感器网络中能量均衡和覆盖半径自适应调整的分布式目标覆盖算法

为了最大化目标覆盖的生命期,提出一种能量均衡和覆盖半径自适应调整的分布式目标覆盖算法.首先提出本地h 跳的目标覆盖问题的定义,分析目标覆盖的能量模型,发现最小生命期的目标是目标覆盖生命期的瓶颈,引入关键目标的概念;设计了基于覆盖收益和能耗代价的能量效用函数,在能量均衡原则和能效优先原则的基础上设置节点等待时间,并建立了节点的覆盖半径和等待时间自适应调整的机制.实验表明该算法网络生命期延长25%左右.算法复杂度低,效率高,可扩展性好.     

无线传感器网络最小连通覆盖集问题求解算法

降低能耗以延长网络生存时间是无线传感器网络设计中的一个重要挑战.在传感器节点高密度部署的环境中,在保证网络性能的前提下,仅将最少量的节点投入活跃工作状态,而将其余节点投入低功耗的睡眠状态,是一种节约系统能量的有效方法.如何计算同时满足"覆盖要求"(工作节点必须能够完全覆盖目标区域)和"连通性要求"(工作节点组成的通信网络必须是连通的)的最小节点集合,是一个NP难问题.设计了一种基于目标区域Voronoi划分的集中式近似算法(centralized Voronoi tessellation,简称CVT),用于计算完全覆盖目标区域所需要的近似最小节点集.当节点通信半径大于等于2倍感知半径时,CVT算法构造的节点集是连通的;当节点通信半径小于2倍感知半径时,设计了一种基于最小生成树(minimum spanning tree,简称MST)的连通算法来计算确保CVT算法构造的覆盖集连通所需的辅助节点.理论分析和实验数据表明,CVT(+MST)算法的性能在时间复杂性和连通覆盖集大小方面都优于已有的贪婪算法.     

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.     

WSN中基于可调感知半径的节点睡眠算法

讨论在无线传感器网络中节点的感知半径可调的情况下,如何合理设计节点的拓扑结构,实现网络的能量负载均衡、延长网络的生存周期。在保证覆盖和连通的前提下,分析当感知半径可调时节点的分布特征和拓扑结构,并对现有的冗余节点移除算法进行改进,提出一种自适应调节感知半径冗余节点睡眠算法(AASRS)。实验结果表明,该算法可以提高网络的能量负载均衡水平,并能最大化节点的感知覆盖区域,且使用的活动节点较少。     

机场噪声监测无线传感网络最小连通覆盖集研究

针对机场噪声监测无线传感网络中的最小连通覆盖集问题,设计了一种基于目标区域Voronoi划分的集中式近似算法,用于分析完全覆盖目标区域所需的最低要求的节点集;为了更好地调整噪声监测节点的感知半径Rs与通信半径Rc的比值关系,在通信半径小于两倍感知半径时,提出了一种基于最小生成树的连通算法用以确保CVT算法构造的覆盖集连通所需的辅助节点。理论分析与仿真实验表明,与现有常用的集中式贪婪算法和DVC算法相比,CVT(+MST)算法的性能在时间复杂性和连通覆盖集大小等两方面都较优。     

一种无线传感器网络目标的分布式最优覆盖算法

为了最大化目标覆盖的生命期,针对无线传感器网络的分布式自组织的特点,提出一种简单高效的分布式最优覆盖算法,引入关键目标的概念,设计基于目标覆盖能量的能量效用函数,在关键目标优先和能效优先的原则的基础上设置节点等待时间,建立节点等待时间自适应调整的机制.实验表明该算法网络生命期延长20%左右.算法复杂度低,效率高,可扩展性好.     

无线传感器网络中一种分布式冗余检测算法

无线传感器网络覆盖控制中现有的大部分冗余检测算法都是针对节点感知半径相同的同构网络的,无法应用于异构网络.提出一种保持网络k级覆盖的适应异构传感器网络的分布式冗余检测算法.该算法根据节点的冗余分布特性设计了有效覆盖邻居选取,通过有效覆盖邻居感知半径关系及交点处的覆盖程度判断检测冗余.仿真表明:算法中有效覆盖邻居选取的设计,大大降低了节点执行冗余计算的时间,算法的运行效率较高;算法在异构WSN中性能优异,冗余检测彻底、充分,有益于节省节点能量,延长网络生存时间.     

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。     

能量有效的无线传感器网络协同覆盖

在节点随机分布的无线传感器网络目标覆盖中,考虑到单个节点有时难以完成对目标的感知,利用节点的概率感知模型和漏检率的概念,提出了节点协同覆盖的思想,并建立了协同覆盖模型;详细分析并推导了协同覆盖感知概率、节点数目和节点参与协同覆盖的最低感知概率之间的关系;在协同覆盖模型的基础上,考虑节点能量消耗的因素,设计了优化网络使用寿命的协同覆盖算法ECTC;仿真结果表明,该算法在改善网络感知概率的同时,延长了网络的使用寿命。     

高效无线传感器网络强k-栅栏覆盖节能算法

为了进一步降低监测穿越行为的无线传感器网络强k-栅栏覆盖的能耗,首先证明了强k-栅栏覆盖最小能耗问题是NP难的,进而提出了一个节点感知功率可调的启发式节能算法HARPN。该算法根据栅栏中相邻节点的间距和前向节点的状态制定了4种节点感知半径的计算规则,再根据节点感知半径的大小确定节点的感知功率等级,在保证传感栅栏贯通的前提下,尽可能降低栅栏整体的能耗。理论分析和仿真实验表明,在相同的栅栏波动条件下,HARPN算法的适应性和稳定性更强,网络平均能耗约为Heuristic-2算法的62%,网络的生存期进一步延长。     

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。     

基于数据融合的有向传感器网络全覆盖部署

针对有向传感器网络全覆盖问题,基于有向传感器节点概率感知模型提出一种新的有向传感器节点部署结构,通过理论推导,证明了该结构的最优性,引入标准工作方向的概念,使用奈曼－皮尔森准则数据融合方式,以最少的传感器节点实现目标区域全覆盖。仿真结果表明,在随机部署情况下,使用这种新型有向传感器节点调度方式,可以有效提高网络覆盖率,减少网络冗余度,减少网络工作节点个数,延长网络生存期。     

有向感知网络中分簇目标覆盖算法

利用最少数量的感知节点来覆盖最大数目的目标位置(MCMS)一直是有向感知网络中的重要问题.为了保证覆盖和对相关事件的及时汇报,针对该问题提出一种基于分簇的目标位置覆盖算法(TCCA).通过所有节点自组织进行分簇并且在各个簇内为成员节点分配相应的感知扇区,TCCA算法能够在保证网络生命周期的前提下有效解决该问题.与其他已有算法相比,仿真结果很好地验证了所提出TCCA算法的有效性.     

覆盖率均衡区域覆盖算法

为了进一步实现无线传感器网络生命周期的最大化,针对网络中能量均匀且均衡覆盖问题展开研究,提出覆盖率均衡区域覆盖算法BRACA( Balanced Rate Area Coverage Algorithm)。该算法引入覆盖率均衡思想,将各传感器节点对目标区域覆盖率的均衡性与节点剩余能量的均衡性作为筛选因子,且通过调节传感器节点的剩余能量与其平均覆盖率的比例关系,筛选出最大不相关且代价最小的网络覆盖子集,以尽可能少的节点实现对区域的覆盖。经对比实验验证,算法BRACA具有更高的计算效率,所生成的ε-覆盖子集,以更少且更均衡的能量消耗,保证了网络覆盖率≥90%,有效地延长了网络生命周期。     

A novel energy-efficient clustering protocol with area coverage awareness for wireless sensor networks

Coverage is a key metric in evaluating the monitoring capacity and quality of services in wireless sensor networks. The energy consumption of self-contained sensors is also a challenging problem for energy-efficient use while still achieving better coverage performance. Although techniques have been developed to mitigate the problem of area coverage, particularly together with efficient clustering methods, none focuses intensively on the sensor activation stage, which is used to maintain coverage while optimizing energy usage. In this research, we thus propose a cover set to find the minimum set of sensors that completely cover the sensing ranges within an interest area as a criterion for sensor activation. Our main goal is to select an optimal number of active sensors considering residual energy and the cover set and to keep alive the important sensors for the sensing coverage task as long as possible. Additionally, this research proposes an area coverage-aware clustering protocol (ACACP) with energy consumption optimization with respect to the activation sensor, network clustering, and multi-hop communication to improve overall network lifetime while preserving coverage. Throughout the intensive simulation, given a diversity of deployments with scalability concern, the results demonstrate the effectiveness of ACACP when compared with other competitive approaches such as ECDC and DECAR, including state-of-the-art clustering protocols such as LEACH, in terms of coverage ratio and overall network lifetime.     

有向传感器网络中基于概率感知模型的最小连通k覆盖集算法

无线传感器网络的基本问题之一是,网络节点如何利用有限的能量对人们所关注的物理世界进行满意的监测,这可抽象为最小连通k覆盖集问题。传统的最小连通k覆盖集问题是基于确定型全向感知模型的,该模型过于理想化,不能适用于复杂的应用环境,也不能应用于有向传感器网络中。针对上述局限,本文提出了有向传感器网络中基于概率感感知模型的最小连通k覆盖集问题（MCKS）,并指出这是NP难问题;设计了基于0-1整数规划和最小生成树的集中式近 BDA）,分别证明两种算法最终得到的是MCKS问题的可行解,并分析了算法的时间复杂度、性能比和通信复杂度。通过仿真实验并与ILP算法和BGA算法进行比较的结果表明： 在基于概率感知模型的条件下,IPA和CBDA能够有效实现有向传感器网络中的连通k覆盖,并且激活节点数目较少,网络寿命延长。     

An efficient strategy of nonuniform sensor deployment in cyber physical systems

In this paper, we study the sensor deployment pattern problem in cyber physical systems. When designing the sensor deployment pattern, the network lifetime maximization while covering the given area/targets and forwarding sensor data to a sink node is an important issue. In order to prolong the network lifetime by balancing energy depletion across all sensors, we propose a novel nonuniform sensor distribution strategy. Since sensors located closer to the sink are more involved in data forwarding, sensor densities in different areas should be varied according to the distance to the sink. Based on the nonuniform sensor distribution, we propose sensor deployment patterns to satisfy the coverage and connectivity requirements and prolong the network lifetime. A numerical computation is performed to validate and compare the effectiveness of the proposed deployment patterns.