基于水平集的围猎式水下传感器节点布置研究

水下传感器网络作为一种探索和开发海洋的新方法,在人类不易接触的水下区域的探测和监测中发挥着重要作用,是无线传感器网络领域研究的热点.在水下空间中传感器节点如何自主调整位置实现对"兴趣域"的覆盖和监视是一个重要课题.该文引入水平集理论LSM,提出了一种基于水平集的围猎式水下传感器节点布置方法.在该方法中网关节点根据传感器...     

基于移动节点的三维水下传感器网络定位

为有效解决传感器节点在水中的移动性问题,而节点移动主要是因为水流和随机干扰,提出了一种基于移动节点的定位算法—MNLS（移动节点定位算法）．移动节点定位算法是在分析现有相关定位算法的基础之上,提出了首先预测节点的运动轨迹,然后进行节点的测距与定位的算法思路．利用MATLAB对算法进行了仿真,实验结果表明MNLS与chan算法相比较,单个节点的定位精度以及不同速度下节点的定位精度都得到了提高,因此,该算法对水下传感器网络定位有着实际的应用价值．     

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。     

一种线性无线传感器网络的节点布置方案

线型无线传感器网络在应用中比较常见，其监控区域接近于线条。在基站收集感应数据的过程中，离基站越近的区域需要转发的数据越多，数据流量越大。如果采用通常的均匀布置传感器节点方案，则基站附近的节点将很快消耗完能量，基站也就无法收集数据。通过研究线型无线传感器网络中的能量消耗，得到了布置传感器节点的密度公式。按照此密度公式布置传感器节点，可使得各区域的总能量与能量消耗速度之比达到平衡，从而延长系统生命期。理论分析和仿真实验表明，在监控区域较大时，以此方案布置传感器节点，可将系统生命期提高到均匀布置方案的2倍。     

层次型无线传感器网络节点布置方案的研究

对于大规模层次型的无线传感器网络,越靠近sink的节点,数据转发量越大,能量消耗速度越快,因此节点的密度分布状况对整个网络的生命期有着很大的影响。对层次型无线传感器网络的节点能耗分布状况和密度分布状况进行了分析,提出一种适合于大规模网络的节点布置方案。通过与均匀布置方案相比较,提出的方案能够使网络生命期得到很大的延长。     

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。     

基于冗余节点选择模型的水下传感器网络拓扑修复

现有水下传感器网络的拓扑修复算法大多只是完成网络连通性修复,未考虑节点能耗过快造成网络寿命缩短的问题。为此,提出一种基于冗余节点选择模型的拓扑修复算法。该算法在网络部署完成后利用分布式的方法选择关键节点并对其进行监控。当节点失效时,使用冗余节点选择模型选择冗余节点,通过移动冗余节点对失效节点进行修复,同时对冗余节点采取睡眠唤醒策略以延长网络寿命。实验结果表明,与区域移动修复算法相比,该算法在节点移动总距离、网络寿命、失效节点首次出现时间、投递率等方面性能均有所提高。     

水下传感器网络移动节点定位问题研究

针对水下传感网中研究较少的移动节点定位问题,基于传统定位中常用的Chan算法,提出了一种改进的M-Chan算法。该算法通过曲线拟合进行运动轨迹预测,并利用节点的移动特性修正估计位置,从而提高了水下移动节点的定位精度。仿真结果表明,在不同的移动速度、通信半径、锚节点密度情况下,改进算法与传统的Chan算法相比,精度提高5%～10%。     

无线传感器网络中传感器节点的布置

在无线传感器网络中，传感器节点收集本地数据，通常通过其它节点将数据转发给基站，因而离基站越近的节点，消耗的能量越多．如果采用通常的方法，即均匀布置传感器节点，则基站附近的节点将很快消耗完能量，基站也就无法收集数据．本文通过研究无线传感器网络中的能量消耗，得到了一个布置传感器节点的密度函数，按此函数布置传感器节点可以有效地延长系统的生命期．理论分析和模拟结果表明，本文的布置方案将系统生命期提高到均匀布置方案的3R/2t倍，这里t为传感器节点的通信距离，R为传感器节点的分布区域半径．     

刚性驱动水下传感器节点自组织布置

水下传感器网络可用于海洋资源勘测、污染监测和战术监视等领域,已成为无线传感器网络的研究热点.在开放式动态的水下环境中传感器节点如何自主调整部署位置以达到高的网络覆盖度和连通性,从而保证最优的监测质量是一个关键问题.该文引入刚性理论,定义了节点域的“刚性-覆盖值”作为水下传感器节点所处位置的评价指标,并基于此设计了刚性驱动的节点移动策略,从而构建了完整的节点自组织布置方法.理论分析和仿真实验结果表明该水下传感器节点自组织布置方法可以使网络演化出优良的覆盖度和连通性,并且具有分布式可实现、收敛速度快、鲁棒性强的优点.     

无线传感网络移动节点位置并行微粒群优化策略

网络节点位置优化是无线传感网络研究的核心问题之一.无线传感网络通常由固定节点和少量移动节点构成,传统的虚拟力导向算法无法解决固定节点对移动节点优化的约束.该文针对这一问题,提出了基于并行微粒群算法的优化策略.微粒群算法具有适于解决连续空间多维函数优化问题、能快速收敛至全局最优解的特点.并行框架提高了算法的运行效率,降低了算法的运算复杂度,使算法能够满足无线传感网络的需求.通过并行微粒群算法搜索不同状态下无线传感节点的最优位置,使无线传感网络能够利用移动节点实现网络结构的动态重组,最大化网络覆盖范围,提高网络测量可靠性.实验证明,并行微粒群优化策略能快速有效地实现无线传感网络移动节点位置优化.     

基于二进制粒子群算法的异构传感器网络成本最优节点部署机制

节点部署作为无线传感器网络应用的一个核心问题,是保证网络服务质量的重要手段。针对异构传感器网络节点的高密度部署和监测目标的非均匀分布的情况,提出一种基于二进制粒子群算法的异构节点成本优化部署方法。该算法在满足区域节点部署要求的条件下以最小化传感器节点的部署成本为目标函数进行优化操作,以达到降低网络冗余、提高网络服务质量的效果。仿真结果表明,该算法能快速收敛于最优解,能够降低网络部署的成本,提高网络中目标监测的质量。     

基于改进鱼群算法的无线传感器网络覆盖优化

为了改善传感器节点在网络中随机部署时的不合理分布和提高节点的网络覆盖率,以网络覆盖率、节点利用率和能耗均衡程度为优化目标,提出了改进人工鱼群的无线传感器网络覆盖优化算法.该改进的算法利用混沌运动的遍历性,克服了人工鱼群算法陷入局部最优的缺点,提高了算法的全局搜索能力,同时结合反馈策略,优化了求解效率.仿真结果表明,在全局范围内,新算法可以求解得到更优的解,能以较少的工作点达到更好的网络覆盖优化效果,而且网络能耗也比较均衡.     

基于潜艇深度的水下传感器网络部署

针对三维水下无线传感器网络在反潜方面的应用,利用潜艇出现深度信息的先验概率模型,提出一种基于潜艇深度的部署算法。节点采用均匀部署,依据潜艇可能出现的深度信息,对潜艇出现概率较大的区域,休眠较少的节点,增大活跃节点的密度,提高覆盖率;对其它区域,增加休眠节点的数目,以减小活跃节点的密度,降低覆盖率。仿真结果表明,本算法可以在保证较高覆盖质量的前提下,降低网络的整体能耗,延长网络生存时间。     

无线传感器网络节点部署问题研究

节点部署是无线传感器网络(W SNs)研究的一个基本问题。合理的节点部署方式有助于提高网络工作效率,优化利用网络资源。针对与节点部署相关的覆盖、连通、能耗三方面基本问题,对现有主要研究成果进行了分类和比较,讨论了三者之间的关系,总结性地提出并分析了网络覆盖和连通性能的评价标准。     

基于网格扫描的实现目标点覆盖的确定性传感器节点部署方法

提出了一种确定性目标点覆盖算法,把目标点所在区域划分为若干正方形网格,从中选择最适合的网格作为下一个节点的放置位置;同时本文引入了概率感知模型,把节点能感知到目标点的最小感知概率值作为整体覆盖水平的评价指标,把节点能感知到目标点的个数及对它们的最小感知概率值作为网格的评价标准。该方法能使用最少的节点实现目标点覆盖并达到要求的总体覆盖水平,且能计算出较优的节点部署位置;对网格边长和感知概率下限的不同取值分别进行仿真实验。实验结果表明,网格边长越小,节点部署位置越精确;感知概率下限取值越大,总体覆盖性能越好,需要的节点越多。     

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.      

大规模无线传感器网络节点部署研究

无线传感器网络多跳的组网方式导致不同住置的节点能耗分布不均.为避免特定住置节点耗能过多形成能量空洞,以致网络不能有效连通,从而影响网络生存周期,需要对无线传感器网络的节点部署进行规划.本文采用环状能耗模型,根据传感器节点的探测半径,提出了覆盖度优先和连通性优先两种策略进行节点部署.理论计算和仿真实验表明,该分布在有效保证覆盖度和连通性的前提下,使得能耗负载均匀分配在各个节点上,相比于同等情况下的均匀分布策略,该策略能有效的延长节点的生存周期约2.17倍.