无线传感器网络覆盖控制问题

无线传感器网络具有广泛的应用背景,目前已经发展成为一个重要的计算平台。但是,由于无线传感器网络自身的特点,使其也面临许多问题,如何有效地进行覆盖控制,在保证网络覆盖质量的前提下,减少能量消耗,延长网络寿命是其中最重要的问题之一。本文主要讨论无线传感器网络的覆盖控制的问题。     

有向传感器网络覆盖控制算法

覆盖控制是传感器网络的基本问题之一,基于全向感知模型的覆盖控制的研究已经积累了丰富的成果.近年来,得益于图像/视频、红外、超声波等传感器的引入,有向传感器网络覆盖控制问题得到广泛关注并发展成为研究热点.从有向感知模型及其特点入手,综述了该领域国内外的研究进展,着重分类讨论有向传感器网络覆盖控制的基本理论和算法.最后提出当前亟待解决的问题,并对其未来的发展趋势进行展望.     

无线传感器网络覆盖问题中的临界速度

研究了无线传感器网络中的覆盖问题，此问题对传感器网络的生存时间、部署策略、通信协议和组网等问题具有十分重要的意义．在保持已有传感器模型的物理意义的条件下，对传感器模型进行了改进，改进模型可以描述更一般的情形．据此分析了目标的速度与检测可能性之间的关系，给出了不可测临界速度和部分可测临界速度的定义及其与传感器参数之间的函数关系．当目标的速度大于不可测临界速度时，传感器无法测量目标；当目标背离传感器运动，并且速度大于部分可测临界速度时，传感器无法测量到目标．仿真结果验证了理论分析的正确性．     

基于正态分布的一维无线传感器网络覆盖问题研究

实验表明一维区域上传感器网络节点随机覆盖模型是服从正态分布的。给出了基于正态分布的一维区域上的无线传感器网络的节点覆盖概率和覆盖数计算方法。仿真实验证明,基于随机正态分布的一维区域覆盖,节点感知半径是影响节点覆盖数的主要因素。     

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。     

全覆盖需求的水下传感器网络覆盖保持算法

水下传感器网络常常需要传感器网络能满足对监测区域全覆盖的需求,这直接反映了网络的服务质量(QoS)。为尽量延长网络全覆盖时间,本文提出了一种全覆盖需求的水下传感器网络覆盖保持算法(Full-coverage Required Coverage-preserving Algorithm,FCCP)。首先,通过构建覆盖集的方法选举根节点,覆盖集的每个元素根据覆盖需求部分或完全覆盖该节点的感知区域;然后,使网络中的冗余节点休眠,节点选择其覆盖冗余度最高的父节点作为下一跳节点,形成树形路由;最后,节点通过多跳方式将采集的数据发送至Sink节点。与以全覆盖为目标的能量感知覆盖保持分层式路由协议(Energy-aware Coverage-preservingHierarchical Routing Protocol,ECHR)相比,FCCP算法减少了网络能耗,延长了实现全覆盖的网络生存期。     

无线传感器网络覆盖问题中的目标最优运动模式

研究无线传感器网络中的覆盖问题,这对传感器网络的节能、性能优化以及部署策略等问题具有十分重要的意义．相对已有的传感器模型和Exposure模型,给出更合理、更符合实际的模型．而且新模型便于分析计算．给定目标的起点,分析出使其具有最大值和最小Exposure值的运动方向;给定目标的速率和运行时间,分析出使其Exposure值最大的运动模式．对Exposure的分析简化了对覆盖问题的分析工作．仿真结果验证了理论分析的正确性．     

基于正三角形区域划分的传感器网络覆盖与连通

在自组织传感器网络中,覆盖和连通是评价传感器网络性能的两个重要指标,而且这两个指标本身有着内在的关系,在一个不可靠的传感器网络中,这两者和传感器的失效概率密切相关.提出了一种传感器网络模型,并在此基础上提出了一种新颖的对ROI的正三角形区域划分方法.根据这种划分,得出了传感器的覆盖和连通概率与节点感知半径、发射半径、失效概率及节点数量之间的关系,对传感器网络的构建具有指导意义.     

移动传感器栅栏覆盖研究

栅栏覆盖保证当某个移动目标沿任意路径穿越监控区域时都能被检测到,适合于移动监测和边界保护等应用.随机部署静止传感器时,为保证栅栏覆盖需要大量节点,造成了不必要的浪费.本文利用可移动传感器进行栅栏覆盖,移动传感器随机部署后能够自动再部署,可以利用少得多的节点保证栅栏覆盖.本文研究了能量有效的栅栏覆盖再部署问题,并设计了一个集中式再部署算法,为所有节点计算最优的再部署位置.     

移动传感器网络覆盖算法研究

随着MEMS技术的发展,移动传感器网络近年来受到较多的关注,其中覆盖算法是其研究的重要问题之一。现有的移动覆盖算法主要分为虚拟力法、Voronoi图法和Delaunay三角剖分法三类。本文分析了这三类方法的不足,给出了一种新的移动覆盖算法,能够针对大规模移动传感器网络,真正实现分布式的实时响应网络的拓扑变化。仿真表明,该
算法具有良好的覆盖效果。     

无线传感器网络的覆盖控制

覆盖控制作为无线传感器网络中的一个基本问题,在国内外已经取得了一些研究成果。根据不同的性质,覆盖控制问题可以划分为不同的类型(如,静态覆盖和动态覆盖、确定性覆盖和随机性覆盖)。主要针对静态覆盖(区域覆盖、点覆盖、栅栏覆盖)问题中一些典型算法,分类进行了描述,并比较了它们之间的优缺点,最后,指出了需要进一步的研究工作。     

Multiple target localization in wireless visual sensor networks

Target localization is an important service in wireless visual sensor networks (WVSN). Although the problem of single target localization has been intensively studied, few consider the problem of multiple target localization without prior target information in WVSN. In this paper, we first investigate the architecture of WVSN where data transmission is reduced to only target positions. Since target matching is a key issue in the multiple target localization, we propose a statistical method to match corresponding targets to located targets in world coordinates. In addition, we also consider scenarios where occlusion or limited field of view (FOV) occurs. The proposed method utilizes target images to the greatest extent. Our experimental results show that the proposed method obtains a more accurate result in targets localization compared with the camera discard scheme, and saves significant amounts of energy compared with other feature matching schemes.     

无线传感器网络中基于虚拟力的覆盖算法

在无线传感器网络的很多应用场景中,大量的传感器节点被任意播撒在被监测区域内,形成很多覆盖空洞,对无线传感网络的感知、监测和数据采集能力造成很大影响。为了解决无线传感器网络中的覆盖问题,提出了一种基于虚拟引力的覆盖算法。首先,根据虚拟引力产生的约束条件和引力大小,一种扩大网络覆盖范围的算法被提出,算法分析证明这种算法能够减少覆盖空洞;第二,提出了维持邻居节点连通性的方法;第三,提出一种覆盖感兴趣区域的算法。仿真结果表明,这种算法既能提高网络的覆盖能力,又能减少传感器节点的移动距离。     

一种概率模型无线传感器网络覆盖算法*

针对传统覆盖算法在求解覆盖度时计算量较大、算法复杂度过高,从而导致算法效率过低,提出一种基于概率模型的覆盖算法。首先该概率模型通过调度覆盖区域内的节点状态来实现对覆盖区域监测,保证了所关注目标节点被传感器节点均匀覆盖的同时又优化了网络资源;其次对不同的覆盖区域利用概率期望值及相应定理求出满足覆盖条件下最少传感器节点数。仿真实验结果表明,该算法在保证网络覆盖质量要求时能够有效地减少活跃节点的数量,延长了网络的生存时间。     

视觉传感器网络兼顾区域覆盖的目标多重覆盖

针对目前无线传感器网络覆盖研究中单纯进行区域覆盖或目标覆盖而将两者分立的情形,提出了一种视觉传感网络混合覆盖算法。该算法基于有向感知模型,利用虚拟势场使节点在待监测区域自组织地进行位置移动和感知方向转变,在完成对覆盖质量要求较高的热点目标多重、优先覆盖的同时最大程度地覆盖整个待监测区域。仿真实验表明,该算法自组织能力良好,能有效满足热点目标和整个待监测区域对覆盖质量的要求,有效地利用了网络资源。     

Coverage analysis for sensor networks based on Clifford algebra

The coverage performance is the foundation of information acquisition in distributed sensor networks. The previously proposed coverage work was mostly based on unit disk coverage model or ball coverage model in 2D or 3D space, respectively. However, most methods cannot give a homogeneous coverage model for targets with hybrid types. This paper presents a coverage analysis approach for sensor networks based on Clifford algebra and establishes a homogeneous coverage model for sensor networks with hybrid types of targets. The effectiveness of the approach is demonstrated with examples.     

无线多媒体传感器网络中的覆盖增强算法

针对无线多媒体传感器网络节点感知范围的视角性和方向性,提出了基于虚拟力和粒子群算法的覆盖增强算法.该算法通过传感器节点之间存在着的大小不等的引力或者斥力的虚拟力作用,调整传感器节点的位置,使网络中节点的分布合理和均匀;通过粒子群优化算法调整有向传感器节点的工作方向以达到覆盖的最大化.仿真实验结果表明,基于虚拟力和粒子群算法的覆盖增强算法能很好的提高网络的覆盖率.     

基于时间同步的无线传感器网络覆盖控制优化算法*

为了实现网络覆盖控制的优化,减少能耗,提出了一种分布的、高效节能、与节点位置无关的传感器网络覆盖算法。在该算法中,节点与邻居交换信息,并通过能量大小竞选工作节点,节点根据自身与工作节点的距离判断决定进入工作状态或休眠状态,并采用在生成树中广播时间同步算法使工作节点网络达到时间同步。仿真结果比较表明,该算法能够明显减少工作节点数,从而减少能量消耗,延长网络寿命。     

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.     

基于局部信息的移动感知网覆盖方法

移动感知网是一个由许多带有传感器的自主移动机器人组成的分布式传感器网络。为了更好地部署这些移动机器人节点,形成最大化覆盖感知区域,提出了一种基于机器人局部信息的分布式感知网覆盖方法。每个节点利用与邻居节点之间的虚拟人工势场产生的虚拟作用力来控制移动节点的运动和节点间的避碰,使移动节点能够在允许的时间内,以较少的能量消耗移动到各自理想的位置。采用李亚普诺夫函数进行了感知网节点势场梯度的理论分析,用计算机仿真实验验证了该方法的有效性,并与模拟退火算法进行了性能比较。