异构无线传感器网络中异构节点的部署与优化

在无线传感器网络中适当地部署少量的异构传感器节点能够有效地延长网络寿命,提高网络的可靠性.本文主要研究无线传感器网络中异构节点的部署问题,提出了基于选址问题的异构节点部署算法,以优化无线传感器网络中异构节点的数量和位置.与其它算法相比,该算法对无线传感器网络的拓扑结构没有特定的要求,可以支持随机部署或人工部署的各种传感器网络,最后还给出了该算法的仿真测试结果.     

异构无线传感器网络中覆盖度和连通度的研究

覆盖度和连通度研究是无线传感器网络中的关键问题。以往研究背景为同构无线传感器网络,这样可以简化问题,但随着问题的深入,不得不考虑异构节点覆盖。系统地对异构无线传感器网络进行了分类,提出了感知异构和通信异构结合的无线传感器网络下的异构节点感知模型,其次分析了两类异构节点之间的覆盖度的计算,最后分析了异构网络的单连通和重连通。此外实现了大量的仿真实验,得出了节点数量和单连通、重连通的概率曲线。     

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。     

无线传感器网络的部署

传感器节点的部署是无线传感器网络中的很重要的问题,因为它反映了传感器网络的成本和监视能力。它和定位、跟踪一样,是无线传感器网络中的一个基本的问题。尽管国外已经在这方面开展了一些相关研究,由于不同的应用有不同的部署特点和目标,仍然面临很多挑战。综合大量无线传感器网络部署相关的技术文献和最新研究结果,着重分析无线传感器网络中节点部署问题的重要性、面临的主要挑战、研究的现状以及对已有算法优缺点的剖析,指出下一步的研究方向。以环境监测中部署算法的设计为例,指出关键的考虑因素。     

一种能量有效的三维传感器网络覆盖控制算法

由于无线传感器网络节点部署是随机的而且数量巨大,会产生很多冗余的节点,因而对网络进行覆盖控制提高冗余节点的利用率就成为一个亟待解决的问题.针对无线传感器网络中的三维覆盖问题进行了深入的研究,提出了一种分布式能量有效的三维覆盖控制算法,并利用OPNET网络仿真软件对其性能进行了验证.     

无线传感器网络的设计与部署

首先分析了无线传感器网络与传统无线自组织网络的区别,从侧面阐述了无线传感器网络的特点。接着,讨论了对无线传感器网络设计与部署具有指导意义的无线传感器网络的评价指标。最后,从无线传感器节点到无线传感器网络、从个体到整体、从微观到宏观,较为全面地讨论了无线传感器网络的设计与部署问题,为无线传感器网络的实际应用提供了有价值的参考。     

分布式布谷鸟算法在无线传感器网络布局优化中的应用

在无线传感器网络中,传感器节点的部署通常具有随机性。随机布局的无线传感器网络存在着节点利用率低,传感器网络覆盖率小等问题。为了解决无线传感器布局问题,提出了基于分布式布谷鸟算法的无线传感器网络覆盖优化算法,利用布谷鸟算法对传感器节点的布局进行优化,同时采用分布式计算提高算法的计算速度。实验表明,该算法对无线传感器网络的布局具有很好的优化效果,而且比布谷鸟算法具有更快的计算速度。     

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。     

一种具有鲁棒性的异构传感器网络部署策略

无线传感器网络中部署适量的异构节点能够明显提高网络的数据传输成功率,可以有效地延长网络的寿命。针对实时监控网络的应用需求,提出一种具有鲁棒性的异构传感器网络部署策略,对异构网络中异构节点的部署方法、异构节点的数量以及普通传感器节点的定位方法进行了分析。仿真结果表明,该方法能够有效提高数据传输的成功率,降低普通节点的耗能,延长网络的生命时间。     

现代优化技术在无线传感器网络中的应用

无线传感器网络是由大量廉价、微小的传感器节点构成的,用于实时监测环境的无线自组织网络。由于无线传感器网络具有规模庞大、节点的计算和存储资源受限、网络拓扑动态不确定等特性,设计高性能的无线传感器网络常常会涉及传统的技术难以建模和求解的复杂优化问题。现代优化技术是一类新兴的具有较强全局搜索能力的启发式优化算法,是解决无线传感器网络中的复杂优化问题的有力工具。作者在研究现代优化技术在无线传感器网络中的主要应用领域,包括传感器节点的定位、网络节点的部署优化、网络覆盖优化、网络路由优化和数据融合问题的基础上,分析了现代优化技术在求解无线传感器网络中的复杂优化问题上的优缺点,并对该领域未来的发展趋势进行了展望。     

A sensor deployment approach using glowworm swarm optimization algorithm in wireless sensor networks

A wireless sensor network is composed of a large number of sensor nodes that are densely deployed in a sensing environment. The effectiveness of the wireless sensor networks depends to a large extent on the coverage provided by the sensor deployment scheme. In this paper, we present a sensor deployment scheme based on glowworm swarm optimization (GSO) to enhance the coverage after an initial random deployment of the sensors. Each sensor node is considered as individual glowworms emitting a luminant substance called luciferin and the intensity of the luciferin is dependent on the distance between the sensor node and its neighboring sensors. A sensor node is attracted towards its neighbors having lower intensity of luciferin and decides to move towards one of them. In this way, the coverage of the sensing field is maximized as the sensor nodes tend to move towards the region having lower sensor density. Simulation results show that our GSO-based sensor deployment approach can provide high coverage with limited movement of the sensor nodes.     

无线传感器网络中移动传感器的再定位技术

回顾了在传感器网络中引入移动传感器的过程。介绍了移动传感器再定位技术可解决传感器网络中的事件深入感知、传感器失效和非精确投放等问题。详细阐述了现有的移动传感器移动至感兴趣区域深入感知、扩大网络覆盖面积和修补网络覆盖洞三类技术。剖析了现有技术中存在的问题。总结分析了主要解决方法和模型,并对未来研究方向进行了展望。     

无线传感网络中有向性传感节点的覆盖问题

覆盖问题是无线传感网中最根本的问题之一,它在很大程度上影响到传感的质量。目前有关覆盖问题的研究大多集中于探讨全向性传感节点的覆盖问题,这些方法并不适用于如视频传感这类方向性的传感节点。提出了一个新的(k,ω)-夹角覆盖问题,探讨有向性的传感节点的覆盖问题,为了用最少的传感节点(k,ω)-夹角覆盖所有的目标,提出了一个贪心算法来解决这个问题。另外还提出了三个贡献度函数用于计算每个位置的贡献度,算法根据每个位置所提供的贡献度来决定传感节点的部署位置。仿真结果显示了算法的特性和性能的提升。     

Self-orienting wireless multimedia sensor networks for occlusion-free viewpoints

Wireless multimedia sensor networks (WMSN) are formations of a large number of compact form-factor computing devices that can capture multimedia content, such as video and audio, and communicate them over wireless channels. The efficiency of a WMSN heavily depends on the correct orientation (i.e., view) of its individual sensory units in the field. In this paper, we study the problem of self-orientation in WMSN, that is finding the most beneficial orientation for all multimedia sensors to maximize multimedia coverage. We propose a new algorithm to determine a node’s multimedia coverage and find the sensor orientation that minimizes the negative effect of occlusions and overlapping regions in the sensing field. Our approach enables multimedia sensor nodes to compute their directional coverage leading to an efficient and self-configurable sensor orientation calculation. By using simulations, we show that the occlusion-free viewpoint approach increases the multimedia coverage significantly. The self-orientation methodology is designed in the form of a distributed algorithm, making it a suitable candidate for deployment in practical systems.     

异构无线传感器网络中基于模拟退火算法的成本最优部署机制

针对异构传感器网络节点的高密度部署和监测目标非均匀分布的情况,提出了一种基于模拟退火算法的成本最优部署方法.算法在保证网络覆盖和容错性的条件下,以异构节点部署成本最小为优化目标进行操作.仿真结果表明该算法能快速收敛于最优解,有效降低网络部署的成本,提高了目标监测质量.     

On redundant coverage maximization in wireless visual sensor networks: Evolutionary algorithms for multi-objective optimization

Wireless visual sensor networks can provide valuable information for a variety of monitoring and control applications. Frequently, a set of targets must be covered by visual sensors, as such visual sensing redundancy is a desired condition specially when applications have availability requirements for multiple coverage perspectives. If visual sensors become rotatable, their sensing orientations can be adjusted to optimize coverage and redundancy, bringing different challenges as there may be different coverage optimization objectives. Actually, the specific issue of redundant coverage maximization is inherently a multi-objective problem, but usual approaches are not designed accordingly to compute visual sensing redundancy. This article proposes two different evolutionary algorithms that exploit the multi-objective nature of the redundant coverage maximization problem: a lexicographic ”a priori” algorithm and a NSGA-II ”a posteriori” algorithm. The performance of both algorithms are compared, using a previously proposed single-objective greedy-based algorithm as a reference. Numerical results outline the benefits of employing evolutionary algorithms for adjustments of sensors’ orientations, potentially benefiting deployment and management of wireless visual sensor networks for different monitoring scenarios.     

无线传感器网络多重覆盖问题分析

传感器网络由大量能量有限的微型传感器节点组成.因此,如何保证在足够覆盖监测区域的同时延长网络的寿命,是一个需要解决的重要问题.为了达到这一目标,一种广泛采用的策略是选出部分能够足够覆盖监测区域的节点作为工作节点,同时关闭其他冗余节点.提出了一个数学模型,使得只要已知监测范围和节点感知半径的比值,就可以计算出达到服务质量期望所需要的节点数量.需要指出的是:与大部分研究覆盖的文献不同,该研究不基于节点的位置信息,因此可以极大地降低硬件成本,并且减少节点获得和维护位置信息的开销.模拟实验结果表明:在随机部署条件下,服务质量期望与实验所得到的实际覆盖度的误差不大于服务质量期望的2%;而对于相同的服务质量期望和实际覆盖度,计算所得的工作节点数量与实验所得的工作节点数量的误差小于计算数量的5%,这表明推导出的节点数量与服务质量期望之间的关系与模拟实验的结果相吻合.该结果可以广泛应用于传感器网络的节点部署、拓扑控制等领域中.     

基于概率的三维无线传感器网络K-覆盖控制方法

针对无线传感器网络在三维空间监测中存在的固有的不确定性与系统应具有较强的容错能力、鲁棒性之间的矛盾,提出了一种基于概率的三维无线传感器网络K-覆盖控制方法.对三维待监测区域以网格建模,用迭代的贪婪启发式方法确定传感器节点在网格中的位置,每一步迭代完成一个节点的放置,直到节点总数达到预设的上界或每个网格点以概率T达到K-覆盖为止.仿真结果表明,相对于传统的随机和均匀配置方法,本方法能使用较少的节点满足相同的覆盖度和监测精度的要求,或使用相同的节点达到更高的覆盖度.并对整个待监测区域中有优先覆盖要求(覆盖度优先和监测精度优先)的局部区域的情况进行了分析.     

能量有效的无线传感器网络部署

将无线传感器网络的节点部署问题抽象为圆覆盖问题;证明了当3个相同覆盖范围的节点构成边长为根号3的等边三角形时，节点的覆盖程度达到最大值82.7%．假设节点为势力场中的粒子，根据节点间力的作用部署节点，设计了CE-VFA算法，并在Matlab平台上对算法进行了仿真．结果显示，CE-VFA算法获得较好的网络部署效果，在消耗较少能量的前提下可以很好地改进原有部署的覆盖程度和覆盖效率，覆盖程度可以达到90%以上．     

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。