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。     

移动无线传感器网络k-栅栏覆盖构建算法

研究了节点无移动能力的静态传感器网络中的栅栏覆盖问题.考虑在传感器节点具有有限移动能力时,如何构建k-栅栏覆盖的问题:首先定义了1-栅栏覆盖最小移动距离和问题(1-barrier coverage min-sum of moving distance,简称1-BCMS).在网格划分模型情况下,将1-BCMS问题近似为1-网格栅栏最小移动距离和问题(1-grid barrier min-sum of moving distance,简称1-GBMS).给出了1-GBMS问题的整数线性规划描述,证明了其是NP-hard的;然后提出了1-GBMS问题的近似算法——CBGB(constructing baseline grid barrier)算法,能量高效地构建1-栅栏覆盖.仿真实验结果表明,CBGB算法的求解结果与最优解接近.最后,提出了一种基于分治策略的k-栅栏覆盖构建算法.该算法极大地降低了通信和计算开销.仿真实验验证了该算法的有效性和可扩展性.     

无线传感网中三维覆盖控制和节点调度的研究

无线传感器网络中采用二元感知模型方法计算休眠冗余节点具有局限性和不精确性.本文考虑到实际应用环境对节点感知能力的影响以及传输过程中的路径损耗问题,对监测区域采用三维网格建模,并在概率感知模型的基础上提出一种概率感知衰减模型,同时对当前二维覆盖控制算法存在的各种局限性,提出了一种基于概率的分阶段冗余唤醒策略.仿真结果表明,该算法均衡了网络节点能量,实现了网络能耗的有效性,延长了网络的生存期.     

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。     

无线传感器网络的多目标覆盖控制策略

针对无线传感器网络中能耗、能耗均衡和覆盖率互相矛盾的问题,提出了一种多目标优化覆盖控制策略.在构建网络模型的基础上,以覆盖率、能耗和网络能耗均衡为优化目标,设计针对自由搜索算法的适应值函数和编码方案.仿真结果表明,该覆盖控制策略在保证高覆盖率的同时,能有效地降低能耗和保持网络能量均衡.     

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.      

无线传感器网络中覆盖控制理论与算法

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.立足于无线传感器网络的覆盖控制问题,分类总结了近年来提出的各种覆盖控制问题的思想和有代表性的研究成果,着重讨论了一些典型的无线传感器网络覆盖控制算法与协议.最后进行了各种算法的比较性总结,深入分析了目前无线传感器网络覆盖控制亟待解决的问题,并展望了其未来的发展方向.     

无线传感网络中使用动态代理的节点收敛算法

This paper proposes fault tolerant algorithms for routing mobile agents in a single channel wireless sensor network which cover every node in the network. These algorithms use local knowledge (assume no knowledge of global deployment or topology, etc). We propose the algorithms and show mathematical analysis to support our claims. The paper ends with simulation studies and discussion of results.     

三维水下移动传感网多目标有向路径覆盖增强研究

水下传感网中实现多个移动目标的协同追踪任是一个技术难题,针对这个问题论文提出了一种分布式的多目标有向路径覆盖增强算法。在实际的三维水下传感网中,水下传感器节点会随着水流运动而移动,被追踪的目标具有自主行动能力。假设移动规律遵从Meandering Current Mobility模型,多个运动目标沿着基于概率的Random Walk移动模型轨迹运动。在论文提出的算法中,覆盖运动路径的传感器节点通过两跳邻居节点范围内的水下传感器节点协同决策来实现最大化路径覆盖,通过调整水下传感器节点自身的有向覆盖方向达到多目标轨迹路径有向覆盖率平均值最大,并使多目标轨迹路径有向覆盖率标准方差尽量小。最后论文通过MATLAB软件仿真来验证分布式覆盖增强算法的有效性,能够显著提高多个移动目标的路径覆盖率。     

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.     

无线传感器监测网络分布式节点调度策略

无线传感器监测网络(WSSN)由数量众多的节点组成.每个节点通过传感器监测外界环境的变化并将监测数据以无线多跳的方式发回基站,实现对用户感兴趣的区域进行监测.WSSN节点的主要特点是电能、带宽、计算和存储能力等高度受限,尤其是其电源的不可替换性导致在保证对监测目标完全监测的同时延长系统工作寿命成为WSSN应用的一个中心问题.提出了WSSN的扩展工作寿命的定义,并在此基础上提出了一种延长WSSN工作寿命的分布式节点调度策略,在各节点簇内对节点进行调度以实现有差别监测服务并延长系统的工作寿命.提出的策略综合考虑节点的当前状态,具有较强的容错性.仿真实验结果表明相对于已提出的方法,该策略有效延长了WSSN的工作寿命.     

与节点位置无关的无线传感器网络覆盖控制算法

提出一个分布的、与节点位置无关的无线传感器网络覆盖控制算法(a Location Independent Coverage Control Algo-rithm for Wireless Sensor Networks,LICA).LICA采用基于节点分层成簇的思想,节点与邻居交换信息,并通过节点距离与覆盖模型找出覆盖节点.在保证覆盖性能的前提下,关闭覆盖节点的通信设备.仿真实验结果表明,LICA算法不仅可以提供高质量的覆盖性能,而且具有良好的节能性能.特别适合低成本、资源缺乏、工作在恶劣环境中的分布式无线传感器网络.     

无线传感器网络中能耗均衡的覆盖控制算法

覆盖控制作为无线传感器网络的一个基本问题,对网络的生存时间、部署策略、通信协议和组网等问题的解决具有重要影响。在传感器节点随机冗余部署方式下,传统的方式 是在保证覆盖要求和通信连通的前提下仅将最少量的节点投入活跃工作状态,从而降低网络能耗。但是,若频繁地激活同一批节点,会造成这些节点由于能耗过快而较早失效效,使整个网络的冗余程度降低。然而,冗余度是传感器网络在单个节点性能有限的情况下提高整个网络的可靠性、容错性、精确性等的基础。为此,本文提出了一个能耗均衡ECB的覆盖问题,指出它是NP完全的,并给出了一个集中式近似算法。该算法根据节点的剩余能量赋于每个节点非负权,再基于Voronoi划分和贪心边方法,在保证覆盖要求的同时选择权和最小的节点激活。仿真实验结果表明,ECB算法求得的活跃节点集小,可以达到有效覆盖,并且可以保持网络的冗余度。     

无线传感器网络的任意覆盖率节点配置

研究了任意覆盖率下的无线传感器网络分布式节点自动配置问题. 首先, 针对正六边形拓扑架构下的网络覆盖, 给出了节点密集分布条件下的覆盖率与相邻工作节点间距的解析关系, 从而得到了理想条件下部分覆盖的最优节点配置. 考虑到实际系统中有限的节点密度和节点的随机分布, 进一步提出了一种可以在此条件下实现任意覆盖率的部分覆盖协同优化算法(Optimized collaborative partial coverage, OCPC). OCPC通过节点间的动态协同唤醒最接近于理想配置的工作节点并使其他节点睡眠以节省能量. 以尽可能少的工作节点达到网络的覆盖和连通需求并降低网络的能耗, 进而达到网络的感知任务和能量消耗的有效折衷. 仿真表明, OCPC可以有效地实现任意期望覆盖率下的网络配置并保持网络连通, 同时, 与经典覆盖算法PEAS (Probing environment and adaptive sleeping)和OGDC (Optimal geographic density control)相比, 在网络的节能方面也具有明显的优越性.     

Non‐Fragile Synchronization Control For Markovian Jumping Complex Dynamical Networks With Probabilistic Time‐Varying Coupling Delays

This paper studies the problem of non‐fragile synchronization control for Markovian jumping complex dynamical networks with probabilistic time‐varying coupling delays. By constructing a new Lyapunov–Krasovskii functional (LKF) and combining the reciprocal convex technique, sufficient conditions for the complex dynamical networks to be globally asymptotically synchronized in the mean square sense are derived. The probability distribution of the delays have been proposed and delay probability‐distribution‐dependent conditions are derived in the form of linear matrix inequalities (LMIs). The derived conditions depend not only on the size of the delay but also on the probability of the delay taking values in some intervals. Further, a non‐fragile synchronization controller is proposed. Finally, a numerical example is given to demonstrate the effectiveness of the proposed methods.     

An Adaptive Coverage Control for Deployment of Nonholonomic Mobile Sensor Networks Over Time‐Varying Sensory Functions

In this paper we show the Lyapunov stability of an adaptive and decentralized coverage control for a team of mobile sensors. This new coverage approach assumes nonholonomic sensors rather than the holonomic ones usually found in the literature. Furthermore, sufficient conditions are provided to guarantee an ultimate bound for the system when in presence of time‐varying sensory functions. The convergence and feasibility of the coverage control are verified through simulation and experimental results.     

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.     

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.     

Coverage and Exposure Paths in Wireless Sensor Networks

Wireless sensor networks have posed a number of challenging problems such as localization, deployment and tracking, etc. One of the interesting problems is the calculation of the coverage and exposure paths for the sensor networks. This paper presents a fully localized algorithm to solve the worst coverage problem first introduced by Meguerdichian et al. The nodes of the sensor network cooperate to construct the worst coverage path only by the one-hop neighbor＇s information, thus avoiding the massive communication and conserving the energy. The correctness of the proposed algorithm is proved formally under the sensing diminishing model. Moreover, this algorithm can be easily extended to solve the minimal exposure problem with local information as well.     

面向移动节点定位的传感器网络动态休眠调度机制

由于能量受限的传感器节点一般多采用低功耗的工作方式,即在休眠状态和唤醒状态之间切换,因此,当对移动节点进行定位时,锚节点可能会因为处于休眠状态而没有响应移动节点的定位请求,从而导致定位失败.提出一种基于预唤醒的动态休眠调度机制P-SWIM,该机制提前通知移动节点周边的锚节点进入全勤的工作方式,而网络内其他锚节点则仍然处于低功耗的工作方式.通过P-SWIM,目标节点能够有效地维持足够高的锚节点连通度,从而保证了定位的成功率和精度.实验结果表明,移动节点定位方法采用P-SWIM相比于采用静态休眠调度机制（如RIS和GAF）能够显著地提高定位性能,且P-SWIM引入的运行功耗也是3种机制中最低的,比RIS和GAF最多可节省47.6%和60.2%的功耗.