无线传感器网络节点重部署研究进展

传感器节点随机部署导致的分布不均匀往往会使无线传感器网络的感测区域产生覆盖空洞或冗余覆盖,严重影响网络性能,因此需要重部署对网络拓扑进行修复。总结和分析近年来重部署相关的主要研究方向和成果。首先回顾了三种基础的节点感测模型;再从研究问题、策略设计优化目标和分类方法等三个方面对节点的重部署进行了全面的梳理;然后着重针对典型的传感器节点和Sink节点的重部署策略进行分类解释和比较分析;最后讨论强化学习框架下的节点重部署策略和安全监测需求下无线传感器网络迁移部署,并指出重部署策略的应用前景与发展趋势以及未来的优化方向。     

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。     

三维无线传感器网络K重覆盖机制研究

针对传感器节点在三维监测区域中随机分布覆盖效率低下,并且不能达到关键区域重覆盖的问题,本文使用空间填充多面体,分别从确定性覆盖和随机覆盖两个方面,提出理想状态下覆盖冗余率最低和空间密度值最低的节点分布策略。首先将监测区域分为多个以传感器节点的传感半径为外接球直径的多面体,然后将传感器节点放置在多面体的顶点或是外接球重叠区域中,最后理论分析出同构节点分布的最佳位置。实验仿真表明,在相同覆盖重数的情况下,截角八面体的覆盖冗余率和空间密度值最低。     

随机分布下有向传感器网络强部署策略

针对网络部署要求,指出当前存在的有向传感器网络部署方案存在覆盖过高估计问题,提出有向传感器网络强部署方案,并在此基础上进行理论分析,计算出达到部署质量所需要的节点个数.仿真结果表明,在随机部署条件下,实验所得到的实际部署质量与所要求的部署质量单重覆盖的最大误差为0.0087.这说明采用强部署方案分析推导出的部署节点个数与部署质量之间的关系与实验结果相吻合.该结果可以广泛应用于有向传感器网络规划、节点调度等领域中.     

基于信息覆盖理论的传感器节点部署方法

传感器网络中,覆盖控制是一个基本的问题.传感器节点既可以随机部署也可以在特定的环境中指定部署.传感器部署在传感区域网格的顶点处,如果信息能够覆盖网格中所有的顶点,此传感器网络为完全信息覆盖.通过研究基于完全信息覆盖理论的传感器节点指定部署,把传感器部署问题转化为受限的优化问题,并提出了一种贪婪算法,目的是在保证覆盖要求的条件下总代价的最小化.计算结果显示该算法不仅能有效的求得高质量的解决方案,而且还能在满足信息覆盖的要求的同时,极大地减少所需传感器的数量.     

基于虚拟力算法的WMSNs覆盖研究

为了提高无线多媒体传感器网络（WMSNs）区域覆盖率,在传感器节点随机部署后,通过调节传感器节点的感知方向,使节点从感知重叠区域向覆盖盲区转动,提高网络覆盖率。针对现有算法中存在覆盖效率和覆盖率不能统一的问题,提出一种改进的虚拟力覆盖算法（VFARCR）,该算法利用传感器节点感知扇形区域质心点间的斥力调节感知方向,且通过传感器节点间的覆盖冗余度的决定方向调整的大小,虚拟力和覆盖冗余度共同控制传感器的转动。仿真实验表明：该算法提高了覆盖效率和覆盖效果,提高了虚拟力覆盖算法的性能。     

无线传感器网络MM模式随机覆盖控制模型研究

在传感器节点随机、高密度部署的环境中,覆盖控制算法可以有效降低能耗和减少冗余数据。无线传感器网络MM（MIN NODES-MAX COVERAGE）模式随机覆盖控制算法采用最少节点最大覆盖率策略,在节点呈泊松分布的网络模型中,根据不同的区域覆盖率,采用区域局部节点覆盖率计算方式,在通信半径和感知半径不同情况下,充分考虑节点复杂重叠对覆盖率的影响,适当允许主动覆盖空洞的出现,使得最少节点仍然可以达到非常接近设置的覆盖率。仿真表明算法可以最大化面积覆盖,有效降低网络能耗。     

基于分组的分布式节点调度覆盖算法

当部署的传感器节点服从随机分布时,现有的基于分组的节点调度算法不能保证各个组内的节点均匀分布在目标区域.基于以上原因,建立了极大相似分布模型,并提出了极大相似分布的一种近似求解算法:基于分组的分布式节点调度覆盖算法.算法仅需要簇内的节点维持时钟同步,簇之间节点的时钟异步对于覆盖效果的影响可以忽略,因此适用于难以维持整个网络保持时间同步的大型传感器网络.此外,给出了在节点随机分布的条件下,采用分组调度时平均覆盖率的理论上界值.仿真实验表明,提出的这种算法能使各个组内的传感器节点较为均匀地分布在目标区域,获得的平均覆盖率接近于上界值.     

一种基于数据融合的传感器网络部署方案*

采用基于指数衰减的概率感知模型来研究数据融合对覆盖性能的影响,提出节点的虚拟半径概念以量化表示数据融合对覆盖性能的改善效果,同时提出了融合覆盖和虚拟部署的概念。提出了一种基于正多边形方式的规则虚拟部署方案,分析了该部署方案对节点部署密度的影响。理论分析表明,虚拟半径内参与融合的传感节点的个数不能超过6,否则数据融合技术就不能减小传感节点的部署密度。同时也分析了节点在随机分布情况下的覆盖调度情况,提出了一种改进的基于虚拟半径的覆盖调度算法。实验表明,基于指数衰减感知模型的数据融合方案能有效地提高传感器网络的     

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。     

基于矩形分区覆盖的节点确定部署策略

针对井下无线传感器网络k（k=2）重覆盖问题,提出一种基于矩形分区覆盖的节点确定部署策略。采用矩形分区覆盖部署方式,在只给出网络规模和节点感应半径的条件下,求出网络所需最少节点个数和节点间距。理论分析和仿真实验表明,该策略不仅能够满足井下无线传感器网络的覆盖度要求,而且比等腰三角形分区覆盖部署和线形部署节省约7%的节点数目,网络平均路由跳数约为等腰三角形部署和线形部署的1/2。     

无线传感器网络中应用鲁洛三角形的k度覆盖算法

覆盖问题是无线传感器网络中的基本问题之一。着重考虑无线传感器网络在随机部署节点情况下的多重覆盖问题,提出一种应用鲁洛三角形的k度覆盖算法RTCA(Reuleaux triangle-based k-coverage algorithm)。RTCA把每个传感器节点的覆盖圆划分成6个相同的双弧形区域,根据网络覆盖度要求,调度这些区域内的节点状态来实现k度覆盖监测区域。仿真实验结果表明,RTCA在保证网络覆盖质量要求的同时能够有效地减少活跃节点的数量,延长网络的生存时间。未来还可以对该算法做进一步推广,以较容易地判断异构无线传感器网络的多重覆盖。     

基于模糊粒子群算法的有向传感器网络路径覆盖策略*

建立有向传感器节点模糊感知模型,利用模糊数据融合规则减少网络不确定区域.对于有向传感器网络路径覆盖问题,提出基于模糊粒子群算法的有向传感器网络路径覆盖增强算法,将n维求解问题转化为一维求解问题,以提高单个传感器节点净覆盖域为目的,提高网络覆盖率.仿真结果表明,对于感知方向可连续调节的有向传感器网络节点,在随机部署情况下与现有算法对比,文中算法能有效提高有向传感器网络路径覆盖率,并且具有较快的收敛速度,延长网络生存期.     

无线传感器网络的任意覆盖率节点配置

研究了任意覆盖率下的无线传感器网络分布式节点自动配置问题. 首先, 针对正六边形拓扑架构下的网络覆盖, 给出了节点密集分布条件下的覆盖率与相邻工作节点间距的解析关系, 从而得到了理想条件下部分覆盖的最优节点配置. 考虑到实际系统中有限的节点密度和节点的随机分布, 进一步提出了一种可以在此条件下实现任意覆盖率的部分覆盖协同优化算法(Optimized collaborative partial coverage, OCPC). OCPC通过节点间的动态协同唤醒最接近于理想配置的工作节点并使其他节点睡眠以节省能量. 以尽可能少的工作节点达到网络的覆盖和连通需求并降低网络的能耗, 进而达到网络的感知任务和能量消耗的有效折衷. 仿真表明, OCPC可以有效地实现任意期望覆盖率下的网络配置并保持网络连通, 同时, 与经典覆盖算法PEAS (Probing environment and adaptive sleeping)和OGDC (Optimal geographic density control)相比, 在网络的节能方面也具有明显的优越性.     

混合传感器网络节点布设优化算法

针对无线传感器网络中节点在随机部署环境下执行“休眠”策略出现的区域覆盖“收缩”现象,结合网络中的边界效应问题,对覆盖边界区域进行针对性几何划分,提出一种边界区域部署调整的混合传感网节点布设优化算法。通过对划分的边界区域进行少量移动节点补充,达到节点调度过程中的能耗均衡,实现延长网络生存时间的目的。算法与随机部署、随机补充两种方法进行了优化效果对比,仿真结果表明,该方法对提高网络整体生存时长具有明显的改善作用,适用于随机部署状态下的无线传感器网络环境。     

无线传感器网络中多Sink节点位置部署研究

通过对随机分布的无线传感器网络节点密度和能量消耗的关系的分析,提出了无线传感器网络中多异构节点位置部署的区域密度优先(RDF)算法。此算法采用密度优先原则来决定Sink节点的放置位置,通过栅格和异构节点通信范围对网络进行区域划分。该算法比递归算法的异构节点放置位置优越,虽然在网络寿命上相接近,但远大于随机分布策略的寿命,且RDF更适合实际应用。通过仿真验证:该算法能够有效延长网络寿命和快速实现部署。     

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.     

无线传感网络中部分覆盖与拟连通冗余节点的研究

随机部署的无线传感网络通常包含大量的覆盖与连通冗余节点,这些节点不仅造成大量的能源浪费,同时影响网络的性能。为此,需要对网络中的覆盖与连通冗余节点进行有效的调度配置。考虑到无线传感网络中覆盖与连通冗余节点识别算法的复杂性,提出了一个新的“部分覆盖与拟连通的冗余节点”概念,它对网络具有同覆盖与连通冗余节点类似的影响,与覆...