Ad Hoc网络区域最小覆盖方法研究

覆盖控制作为无线传感器网络中的一个基本问题,反映了网络所能提供的“感知”服务质量,可以使无线传感器网络的空间资源得到优化分配,进而更好地完成环境感知、信息获取和有效传输的任务.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.本文设计了一种基于目标区域Voronoi划分的改进集中式近似算法,用于计算完全覆盖目标区域所需要的近似最小节点集.     

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.     

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。     

与位置无关的无线传感器网络连通性覆盖协议

解决在没有节点位置信息的情况下,如何能量有效地保证网络连通性覆盖的问题.分析了节点覆盖与区域覆盖之间的关系,并给出了节点覆盖等于区域覆盖的充分必要条件.根据分析结果,基于构建连通支配集CDS(connected dominating set)的Rule K算法,提出了一种与节点位置无关网络连通性覆盖协议LICCP(location-independent connected coverage protocol).在LICCP协议中,每个节点根据本地节点密度选择合适的通信范围,利用Rule K算法选出的工作节点提供高质量的网络连通性覆盖.模拟实验结果表明,LICCP协议能够在较长时间内能量有效地提供高质量的网络覆盖,并保证网络的连通性.     

基于蜂窝结构的传感器网络覆盖问题求解算法

在无线传感器网络中,求解能够完全覆盖目标区域的最小覆盖集是个NP难问题.在传感器节点数目较多时,目前只能通过近似算法求解.蜂窝结构是覆盖二维平面的最佳拓扑结构,但不能直接用于求解无线传感器网络的覆盖问题.提出了一种基于蜂窝结构的覆盖问题求解算法,在该算法迭代求解过程的每一阶段,选出一个节点加入到初始为空的节点集合中,并使得该节点集合的拓扑结构接近于蜂窝结构,直至该节点集合成为覆盖集.该算法在最坏情况下的时间复杂度为O(n3),这里n为传感器节点总数.实验结果表明该算法可在很短的时间内执行完,在所得覆盖集的大小方面要优于现有的覆盖问题求解算法.     

异构无线传感器网络的转发连通覆盖方法

提出了异构无线传感器网络的最小转发连通覆盖问题,其目标是寻找一个满足以下要求的最小转发连通覆盖集(minimum relay-connecting set cover,简称MRCSC):1) 活跃节点完全覆盖任务区域.从三角点阵排列可以获得节点数量近似最优的结论出发,给出了节点随机部署策略下的位置点优化选取原则,该原则着重考虑了当出现相邻节点间距离偏离3r_s 的情形时,能够限制不规则性的传播,最终构成近似规则的三角点阵排列.2) 所有活跃节点与转发骨干网连通.由于节点到达sink的路     

公平的有向传感器网络方向优化和节点调度算法

为了解决有向传感器网络中点目标覆盖控制问题,分别提出了两种方向优化算法和一个节点调度协议:改进的贪婪(enhanced greedy algorithm,简称EGA)、公平的方向优化(equitable direction optimization,简称EDO)算法和邻居节点调度协议(neighbors sensing scheduling,NSS).EGA 基于覆盖最多未覆盖的目标数选取工作方向,其不足是可能忽略临界目标.EDO 优化算法调节节点的工作方向,优先覆盖临界目标,公平分配感知资源,减小目标覆盖度的差异,EDO 算法使用效用值评价每个方向对网络覆盖质量的贡献大小,影响效用值的因素包括每个方向上的目标数、目标的覆盖度和邻居节点的方向决策,EDO 总是选择效用值最大的方向作为工作方向.NSS 协议引入局部覆盖集的概念,通过局部覆盖集判断当前节点是否为冗余节点,并在考虑节点剩余能量时决定节点是否可以转为睡眠,调度协议允许一个节点加入多个覆盖集,覆盖集轮流工作,使网络生存期最大化.仿真实验结果表明,分布式的EDO 算法比EGA 算法具有更好的方向优化性能,临界目标的覆盖质量提高了30%,同时明显地提高了网络生存期.     

基于能耗均衡的WSN连通覆盖集构建算法

为提高无线传感器网络的能量利用率,提出一种基于能耗均衡的连通覆盖集构建算法EBACCS。该算法以概率覆盖模型为基础,采用Voronoi图划分目标区域,获得网络冗余节点,根据能量权值函数,从冗余节点中选出必要的连接节点建立一个优化的连通覆盖集。理论分析和仿真实验结果表明,EBACCS能够保证网络的连通性与覆盖性,均衡节点能耗,延长网络寿命。     

无线传感器网络最小覆盖集的贪婪近似算法

网络生命期是限制无线传感器网络发展的一个瓶颈.在保证网络监控性能的前提下,仅调度部分节点工作而让其余节点处于低功耗的休眠状态,可以有效节省能耗,延长网络生命期.节点调度的目标是寻找一个能够覆盖监控区域的最小节点集合,这是一个NP难问题,目前,其近似算法的性能较低.提出了一种基于贪婪法的最小覆盖集近似算法,在构造覆盖集的过程中,优先选择扩展面积最大的有效节点加入覆盖集.理论分析表明,该算法能够构造出较好的覆盖集,时间复杂度为O(n),其中,n为初始节点总数.实验数据表明,该算法的性能要优于现有算法,得到的覆盖集的平均大小比现有算法减小了14.2%左右,且执行时间要短于现有算法.当初始节点分布较密时,该算法得到的平均覆盖度小于1.75,近似比小于1.45.     

基于事件概率的无线传感器网络K覆盖算法

无线传感器网络在对目标区域进行K覆盖过程中易产生大量冗余节点,消耗网络中大量节点能量,并受外界环境因素制约。为此,提出一种基于事件概率的K覆盖算法。根据对监测目标区域节点关注程度的大小赋予不同概率值,通过节点之间信息交换和关联属性确定最小节点集和最大目标集,从而完成对目标区域节点K覆盖,优化网络资源,减少节点能量的消耗。仿真实验表明,该算法能够以较小的代价完成对目标区域节点K覆盖,延长网络生存周期,具有较好的实效性和稳定性。