无线传感器网络连通k覆盖问题及其解决方案综述

覆盖控制是无线传感器网络的一个基本问题,通过对网络空间资源的优化分配,来更好地完成环境感知和有效传输等任务。作为覆盖控制理论的研究热点之一,连通k覆盖问题研究如何从随机部署的大量传感器节点中选择一部分节点激活,使得任意监测目标都被至少k个不同的活跃节点同时覆盖,而且所有活跃节点都是通信连通的。本文分析了无线传感器网络中连通k覆盖问题的系统模型和算法评价指标,介绍了一些典型的近似算法并对其进行了分析和比较,最后进行了总结和展望。     

无线传感器网络的连通覆盖临界条件分析

连通与覆盖控制作为无线传感器网络中两个最基本的问题,取决于网络配置及节点的传播距离,反映了网络的感知质量与资源的优化分配。为了用最优化数量的传感器节点来改善和确保网络的连通与覆盖,在分析现有研究成果的基础上,提出了满足渐进连通覆盖的临界充分条件及必要条件。理论分析及仿真实验均表明,提出的临界条件更紧凑和规则化,有助于对无线传感器网络进行更细致的研究。     

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。     

无线传感器网络一维区域的覆盖研究*

无线传感器网络覆盖问题的研究应综合考虑感知覆盖、通信覆盖和连通覆盖三个方面,建立适合不同监测空间的节点覆盖模型。讨论了无线传感器网络一维区域的覆盖问题,对无线传感器网络中一维直线区域出现的问题进行分析,讨论了均匀分布情况下的节点覆盖概率和覆盖数的计算方法,仿真实验表明节点感知半径是影响节点覆盖率和覆盖数的主要因素。     

无线传感器网络的覆盖和连通研究

节点配置是无线传感器网络研究的核心问题之一。为实现传感器节点的配置,随机散布方式被广泛地采用。主要研究了无线传感器网络节点随机配置的完全覆盖和连通问题。通过对网络完全覆盖和连通的分析,给出完全覆盖概率、检测半径和节点数目之间的定量关系;分析了参数对配置的影响,对比高斯分布和均匀分布的配置特性,以指导传感器网络的节点放置。提出了完全覆盖径向连通的配置方案来优化传感器节点数目,从而降低网络的配置代价。最后,利用模拟仿真试验来评定结论。     

无线传感器网络中基于Voronoi图的覆盖和连通综合配置协议

着重研究无线传感器网络随机部署下的覆盖和连通问题的解决方案,尤其是当无线传感器节点的通信半径Rc与感应半径Rs之比小于2时的解决方案.本文提出了无线传感器网络中一个基于Voronoi图的覆盖和连通的综合配置协议(VIP).该协议采用了一种分布式节点冗余判断算法以判断无线传感器网络中节点的冗余性,并让节点据此来对自身进行相应的职能调度.该协议能够在Rc/Rs为任意值时保证网络的覆盖和连通性能.本文还将该协议进行了推广,使得该协议能够满足覆盖度和连通度动态变化的要求,保证网络的k-度覆盖和k-度连通.     

无线传感网络中覆盖保持的K-连通子集构造算法

构造无线传感网络中具有连通覆盖特性的节点子集是实现网络休眠调度、延长网络生命周期的关键技术之一,具有重要的研究意义.已有的研究大多侧重于k覆盖节点子集构造问题,由于k覆盖子集在一定条件下便满足k连通,故人们对k连通子集的构造问题研究较少,但通过构造k覆盖节点子集来实现k连通会耗费过多的节点,代价较大.因此,本文提出一个直接构造k连通1覆盖节点子集的算法-CPC,能够用较少的节点构造出一个既能满足网络的覆盖特性又能够满足k-连通特性的节点子集,使得在任意k-1个节点发生故障时,网络能够仍然保持连通.本文还对算法的正确性进行了严格证明,并通过仿真实验与相关算法进行了性能比较.结果表明,与已有的k覆盖算法相比,CPC算法能够节省约55%的节点数.     

无线传感器网络中连通问题的容错性分析

在确定部署的无线传感器网络中,由于节点本身的脆弱性及应用环境的恶劣性,在部署及研究分析网络时应该考虑到网络节点出错的因素.当网络连通概率和网络规模给定时,网络节点的出错概率应在多大的范围之内;在给定的网络规模和节点出错概率下,网络的覆盖与连通情况如何,这些都是本文分析研究的内容.本文首先定义了一个比较规范的三角形(Triangular)模型,研究了在确定部署情况下,网络节点出错的概率与网络的覆盖概率之间的关系,然后借助"k阶子网"的概念分析了Triangular网络的连通容错性,最后通过模拟试验,对前面通过理论分析计算出的传感器网络连通概率的下界和节点出错概率的上界的可信性进行验证,同时将Triangular拓扑的网络与网格状网络进行比较.     

无线传感器网络覆盖和连通问题概述

覆盖和连通是无线传感器网络中两个密切相关的基本问题,直接影响着网络性能和网络任务完成的质量。文章给出了传感器节点的感知模型,从不同角度对覆盖问题进行了分类,阐述了覆盖控制算法的评价指标,介绍了覆盖问题和连通问题的典型算法,最后对覆盖和连通问题的研究方向进行了展望。     

无线传感器网络k点连通可靠性的研究

无线传感器网络的出现引起了人们的广泛关注,由于无线传感器网络的节点不是预先定位而是随机撒放,那么如何保证一定区域内的传感器节点在满足连通可靠性要求的情况下连结成一张网络?而若干次随机抛撒所形成网络的连通度的平均值与网络的节点个数、节点的通讯半径之间又有何关系?通过计算机仿真模拟试验,给出了网络的k(k>0)连通度概率分布曲线;引入了连通度的数学期望概念来描述若干次抛撒所形成网络的连通度k的平均值,给出了其随网络节点个数、节点通讯半径变化的回归方程;给出了无线传感器网络k点连通概率曲线和3点连通的经验公式;分析了边界节点对网络连通度的影响.这些对无线传感器网络节点个数和节点通讯半径的选择、系统冗余设计等都具有重要的指导意义或参考价值.     

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。     

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.     

无线传感器网络的连通模型

针对无线传感器网络连通性研究中缺乏数学模型的问题,在对网络节点的连通关系进行数学描述的基础上,提出一种无线传感器网络的连通模型,模型将单个节点的状态信息表示为一个向量,包含节点的工作状态、位置状态、能量状态及节点之间连通关系信息,整个网络表示为由各节点状态向量组成的矩阵.通过举例说明了模型在分析网络连通拓扑结构和网络通讯能量控制问题上的适用性.该模型的提出为从数学角度描述和评估无线传感器网络的连通性能提供了一个平台.关     

无线传感器网络中一种基于分簇的节点调度算法

本文研究m覆盖与连通的无线传感器网络中的节点调度问题,提出了一种两跳簇的概念,并在此基础上提出了一种新的节点调度算法.该算法可在不知道节点位置信息的情况下,将无线传感器网络中的所有节点较为均匀地指派到k(km)个不同的分组{0,1,...,k1}之中,且可同时保证每个分组中的节点具有全局连通性与较高的网络覆盖率.理论分析与实验结果表明,该算法具有比传统随机调度方法更好的节点调度性能,可更加有效地延长无线传感器网络的生命周期.     

WSN中多重目标覆盖度和连通度的研究

覆盖度和连通度是无线传感器网络中密不可分的关键性研究问题。求解覆盖度和连通度问题的传统方法之一为整数规划算法,其研究背景为同构无线传感器网络和单覆盖度。该方法在实际的高精度目标检测中已不能满足要求。建立了一种随机生成的网络模型并对其进行模型抽象。此外实现了大量的仿真实验,得出了多重覆盖感知概率与节点数量的关系和单连通、重连通的概率曲线,可以为节点的布置提供参考价值。     

无线传感器网络三维表面k覆盖多连通部署方法*

无线传感器网络中覆盖连通问题是基本且重要的问题,三维表面作为无线传感器网络中的一种特殊情形,对应于现实世界中的山体,为了解决这类与实际应用密切相关的问题,提出了三维表面k覆盖多连通部署方法。该方法结合三维表面的地形特征,首先在目标区域自由选择网格大小进行划分,接着在各网格之间建立多连通关系,再通过方向梯度概率感知模型在网格内先构造k覆盖集,然后利用最小生成树算法构造连通图,最后找出关节点构造双连通图。大量仿真实验表明,该方法能够对目标区域进行完全覆盖和连通,并且能保证网络的健壮性。     

无线传感器网络的控制协议及协议覆盖性能评价研究

在无线通信、传感技术及嵌入式技术不断发展的过程中逐渐形成了无线传感器网络,覆盖策略是无线传感器网络中最基本的问题,也是最需要解决的问题,其能够保证无线传感器节点部署实现被检测目标和区域的覆盖。在无线传感器网络不断发展的过程中,覆盖传输控制出现了多种问题。基于此,就对无线传感器网络控制问题进行分析,总结了目前传输控制协议和设计的思想,提出了全新的无线传感器网络覆盖控制协议,最后对协议的性能进行研究,证明其具有良好的覆盖率,能够实现快速收敛。     

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。     

无线传感器网络随机分布模型及覆盖控制研究

节点部署和覆盖控制是无线传感器网络中的一个基本问题,在传感器节点随机、高密度部署的环境中,通过数学模型和仿真实验证明了节点分布符合泊松分布特点,并且量化了部署节点感知半径、密度与面积覆盖率、k重覆盖的关系,以及覆盖控制模型中,在保证节点对监测区域有效覆盖前提下,近似取得需要休眠节点数量,为传感器节点在随机分布下实验和研...     

无线传感器网络中连通与覆盖问题的研究

在无线传感器网络中,簇首和节点的数量直接关系到整个无线传感器网络的成本及性能,如鲁棒性、容错性等,这也是无线传感器网络设计时首先要考虑的问题。通过把复杂的连通和覆盖问题逐步化简,并利用理论分析、数学建模和几何证明,采用几何理论和数学归纳法的思想,从拓扑学的角度给出了传感器区域的一种网格划分方法。最后从理论上分别给出了在一个实现完全无缝连通和覆盖的传感器区域内最少需要多少簇首和最少需要多少个节点的解析表达式,即从理论上解决了把整个传感器区域至少划分成多少个簇和至少布置多少个节点才能实现完全无缝连通和覆盖的问题。