无线传感器网络中覆盖盲区发现算法

传感器节点的随机部署不均匀或者能量耗尽,可能导致无线传感器网络(WSNs)出现覆盖盲区。针对WSNs中覆盖盲区的问题,提出一种基于几何图形的分布式覆盖盲区发现算法,从理论上证明算法的有效性。算法的基本思想是以传感器节点和它的2个邻居节点构成三角形,计算三角形的外接圆半径和外接圆圆心,根据几何图形学的相关理论判断节点附近是否存在覆盖盲区。仿真实验结果表明:算法不仅能有效地检测覆盖盲区和边界节点,而且对于降低节点能量消耗也有显著成效。     

基于内螺旋覆盖算法的多AUV协作反水雷路径规划研究

研究了多自主水下航行器AUVs(Autonomous Underwater Vehicles)协作扫雷的路径规划问题;在环境栅格表达的基础上,采用一种优化的内螺旋覆盖算法,通过航行器对工作海域扫描情况的在线判断来确定扫描路径,以及扫描结束后对地图"盲区"进行再搜索等关键技术,保证了对工作区域的完全覆盖搜索和达到以较小的重复覆盖率搜索海域的目的;仿真实验结果表明,只要灭雷航行器数量大于水雷数量并且至少有一台灭雷AUV可以正常工作就可以实现完全覆盖。     

一种基于顺序博弈的UWSNs覆盖控制算法

近年来,人们对海洋资源愈加重视,水下无线传感器网络在海洋数据监测、海洋军事、辅助导航等方面的应用引起了广泛关注。一个良好的水下无线传感器网络覆盖控制,首先能够降低覆盖冗余,优化网络空间资源的配置;其次可以减少节点的能耗、降低网络的成本并延长节点的生命周期,使水下无线传感器网络可以更好地完成目标水域环境感知任务。提出了一种基于顺序博弈的水下无线传感器网络覆盖控制方法,用于优化水下无线传感器网络的覆盖控制,期望能够降低节点的能耗,均衡节点之间的能量,最终实现延长网络的生命周期的目标。仿真实验表明,该算法能够提高网络覆盖率和延长网络生命周期。     

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AUVs的水下移动无线传感器网络愈合算法

水下移动无线传感器网络（MUWSNs）动态演化特性制约着网络的拓扑的可靠性,很大程度上限制了MUWSNs的推广应用。针对水下实体移动导致的MUWSNs拓扑失效,提出了一种基于自主式水下航行器（AUV）的MUWSNs拓扑愈合算法,并构建了水下实体移动模型,利用AUV自主移动特性对失效拓扑进行快速愈合。仿真结果验证了该算法的正确性和有效性,极大地提高了MUWSNs可靠性,对MUWSNs拓扑领域研究具有一定贡献。     

基于移动长基线的多AUV 协同导航

基于扩展卡尔曼滤波（EKF）理论研究了多AUV 协同导航定位的移动长基线算法．移动长基线多AUV 协同导航结构中,主AUV 内部装备高精度导航设备,从AUV 内部装备低精度导航设备,外部均装备水声装置测量 相对位置关系,利用移动长基线算法融合内部和外部传感器信息,实时获取从AUV 的位置信息．建立了协同导航 系统数学模型,设计了EKF 协同导航算法,在各种测试情况下通过仿真验证了所推导的分析结果,对EKF 和几何 解方程算法的导航效果进行了比较．研究结果表明,以主AUV 作为移动的长基线节点时,通过EKF 算法可以显著 提高群体的导航定位精度．     

UWSNs中基于深度的抑制空洞路由优化算法

针对传统的水下无线传感器网络(UWSNs)的位置路由存在路由空洞问题,提出了基于深度的抑制空洞路由(DSVR)的UWSNs路由协议.DSVR协议通过融合跳数、物理距离和邻居数多个指标决策路由.为了提高通信可靠和缓解路由空洞,DSVR协议选择具有最小跳数路径、最少邻居数的节点作为下一跳转发节点.同时,DSVR协议利用定时器抑制冗余数据包.仿真结果表明:提出的DSVR协议能有效地提高数据包传递率,并降低端到端传输时延以及能耗.     

非并行二分法的覆盖空洞修复算法

针对无线传感器网络覆盖空洞影响网络服务质量问题，提出非并行二分法的分布式覆盖空洞修复算法CHRND，算法采用非并行方式选择具有劣弧的空洞边界节点作为覆盖空洞修复的驱动节点，采用基于弧二分法确定移动节点最佳目标位置。仿真实验结果表明，移动节点引入使得空洞不被分割基础上，CHRND算法能以较少数量移动节点实现覆盖空洞的完全修复。     

视频传感器网络中无盲区监视优化

针对监控区域存在障碍物的情况,从无线视频传感节点的有向感知特性出发,讨论了视频传感器网络覆盖效果与监控区域之间的相互关系.在此基础上,定义了视频传感器网络的无盲区覆盖模型.基于虚拟势场的工作原理,提出了一种适用于无盲区覆盖模型的覆盖率动态优化算法PFOFSA(potential field based occlusion-free surveillance algorithm).设计了PFOFSA中虚拟力的相互作用方法与监控节点运动规则,通过监控区域、重叠区域和遮挡区域之间的相互作用,逐步消除网络中的感知重叠区和盲区,优化视频无线传感器网络的覆盖率.最后,通过一系列的仿真实验分析了不同监控区域参数对PFOFSA算法的影响,验证了算法的有效性.     

无线传感器网络潜在盲区检测算法

随着无线传感器在军事区域、人迹罕至区的监控和安全资源保护等方面的广泛应用,无线传感器网络也给整个监控区域带来了诸如传感器能源、区域覆盖等问题.针对传感器区域覆盖方面,从另一个侧面分析和揭示了由于播撒随机性和个体传感器监控的局限性所导致整个区域无线传感器网络可能存在的潜在盲区的出现,并提出了相应的潜在盲区检测算法和解决方案.通过大量的实验验证了无线传感器网络潜在盲区检验算法的可行性和有效性,并通过相应的解决方案有效弥补了潜在的漏洞.     

基于定向移动的水下传感器网络覆盖算法

覆盖率是衡量无线传感器网络服务质量的重要指标。为提高网络覆盖率,针对水下三维传感器网络模型,提出一种基于定向移动的虚拟力算法。将虚拟力简化为节点只受邻居节点的斥力作用,定义当2个邻居节点的感知圆球相切时,其位置为相对理想位置。节点所受虚拟力大小与节点移动到相对该邻居的理想位置所需移动的距离成正比,而节点移动的距离与节点所受到的虚拟力的合力相关。实验结果表明,该算法能有效地对水下传感器网络的布局进行优化,提高网络覆盖率。     

基于遗传算法的水下传感器网络节点部署算法研究

针对水下无线传感器网络部署时,如何确定节点数量以及节点位置的难题,提出了一种基于遗传算法的网络优化节点部署算法。首先,将所需探测的海域环境离散为固定规格网格,以格点表示节点可供部署的空间;然后,构造节点连通率与空间覆盖率两项重要指标,以部署节点数量最少为目标函数,建立整数非线性规划模型。最后,引入遗传算法求解此 NP-hard 问题,并讨论给定不同的覆盖率、不同覆盖半径与节点数量之间的关系。结果显示:相比与传统覆盖算法,本文算法能够有效地降低覆盖空洞,提高网络覆盖率,提高网络生存时间。     

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。     

无线传感器网络中基于异构节点的覆盖控制算法

研究了无线传感器网络中基于异构节点的优化覆盖控制问题.异构无线传感器网络由两类能力不同的节点组成,包括普通节点和超级节点.对普通节点采用基于状态轮转的覆盖控制算法,对超级节点采用基于路由表的转发策略.通过两类节点的协作使得网络达到覆盖与连通的目的.模拟结果表明,在具有相同初始能量的情况下,该算法与SHHN-HS算法相比能够延长网络生命期.     

基于分治策略的无线传感器网络屏障覆盖算法

利用无线传感器网络构建防护屏障以监测重要重要场所的未经授权闯入者是目前物联网的一个重要应用领域.大多数研究集中于如何在一个矩形区域内构建传感器屏障以探测只能沿受限路线移动的闯入者.提出了一个针对传感器基于泊松分布的此问题完整解决方案,可以满足在任意的形状区域内构建带状传感器屏障以探测闯入者.实验证明,该算法能有效减少延迟、验证开销以及拓扑初始化时的计算开销.     

基于联合节点行为策略的WSN覆盖控制算法

针对无线传感器网络在对移动目标节点覆盖过程中出现网络能量快速消耗问题，提出了一种基于联合节点行为策略的覆盖算法。根据网络模型建立传感器节点与目标节点从属关系，确定覆盖关联模型；利用概率理论求解邻居节点冗余覆盖度，确定最少传感器节点数量；给出了邻居节点覆盖期望值的求解方法；仿真实验表明，该算法与其他算法在网络覆盖率和网络生存周期两个性能指标上均提升了12.39%和15.01%，从而验证了算法的有效性。     

Dynamic Coverage with Wireless Sensor and Actor Networks in Underwater Environment

This paper studies the problem of dynamic coverage with wireless sensor and actor networks (WSANs) in underwater environment. Different from most existing works, the WSANs consist of two kinds of nodes, i.e., sensor nodes (SNs) which cannot move autonomously and actor nodes (ANs) which can move autonomously according to the performance requirement. The problem of how to coordinate two kinds of nodes to facilitate dynamic coverage in underwater environment is challenging due to their heterogeneous capabilities. To reduce redundancy of communication links and improve connectivity between ANs and SNs in underwater WSANs, a min-weighted rigid graph based topology optimization scheme is first developed, such that the underwater communication energy consumption can be saved. With the optimized topology, a dynamic coverage strategy is proposed to improve the coverage among SNs and ANs for underwater WSAN where underwater fluid motions are considered. Furthermore, it is proved that the network coverage area is connected by using the min-weighted rigid graph. Finally, simulation results are presented to show the effectiveness of the main results.      

基于感应面积的无线传感器网络簇头选择算法

无线传感器网络中能效和感应面积是两个实际应用中需要考虑的问题。本文从网络感应面积入手,通过引入相关节点数作为参数,对LEACH协议的簇头选择算法进行改进,从仿真结果得出,本文算法有效地延长了网络生存时间以及网络的有效工作时间。 