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.     

基于Voronoi的无线传感器网络栅栏覆盖策略

在栅栏覆盖研究中,针对节点部署区域存在无法被监测到的穿越路径的问题,将[Voronoi]图引入栅栏覆盖,划分整个部署区域,提出了基于[Voronoi]图的无线传感器网络栅栏覆盖策略,并监测部署区域是否存在栅栏覆盖空洞,以决定节点是否通过有限移动重新部署空洞区域,实现了对栅栏部署区域的有效覆盖。仿真实验结果表明,该算法提高了对监测区域的覆盖质量,以较低能耗和较少节点构建栅栏,达到预期覆盖要求。     

基于Voronoi图的无线传感器网络栅栏覆盖算法设计

针对无线传感器网络中栅栏构建的问题,提出了一种基于监测区域Voronoi图划分的无线节点栅栏构建算法。仿真结果显示,网络中无线节点部署地越多,栅栏形成的可能性和组建栅栏的节点平均数量也会随之增加。该算法能够在无线传感器网络节点覆盖密度较低且不均,已经形成了少量栅栏空洞的情况下快速实现监测区域的栅栏覆盖,但空洞修复还需要进一步研究。     

基于改进蚁群算法的无线传感器网络栅栏覆盖优化研究

在无线传感器网络栅栏覆盖研究中,如何调度已部署的传感器节点构建栅栏并延长网络生存时间已成为热点问题。研究了满足Poisson分布的静态无线传感器网络强K-栅栏覆盖问题。将部署区域划分为a个子区域,相邻子区域之间形成一定的缓冲区域,在每个子区域利用偏离角蚁群算法构建多重栅栏。最后通过调度算法延长栅栏生存时间。仿真实验结果验证了算法的收敛速度快且栅栏生存时间长等特点。     

一种高效强K—栅栏覆盖构建算法

K－栅栏覆盖是无线传感器网络覆盖控制的研究热点之一。本文构建了强栅栏覆盖模型,提出了分区强K－栅栏覆盖构建算法PMNSB,用最少的节点形成强栅栏。首先把监控区域分成多个子区域,通过匈牙利算法选用移动距离之和最少的网格集合为基准1－栅栏覆盖,缺少移动节点的子区域,选择附近区域的剩余移动节点修补形成1－栅栏覆盖。水平相邻的两个子区域之间构建竖直栅栏,这些1－栅栏合起来构成强K－栅栏覆盖。仿真结果证明了该方法的有效性,本文的研究对提升无线传感器网络的性能具有重要的理论与实际意义。     

入侵轨迹建模与WSN栅栏覆盖分段调度算法研究

无线传感器网络栅栏覆盖在入侵检测方面发挥着重要作用,如何调度栅栏并延长网络的生存时间已成为重点研究问题.在无线传感器网络中设计合理的调度算法,分时激活传感器节点从而延长网络生存时间是大多数研究的方向,然而仅仅通过分时调度传感器节点已很难大幅度提高网络的生存时间.因此设计了一种分时与分段相结合的无线传感器网络栅栏调度算法,该算法通过分析入侵目标穿越传感器网络部署区域的行为特征,建立入侵目标的轨迹模型,该模型在保证栅栏对入侵目标具有较高检测率的情况下预测入侵目标可能穿越栅栏的区域并分段激活栅栏从而大大减少了传感器节点的能量消耗.最后仿真实验验证了本文算法与传统的分时调度算法相比能大幅度提高网络的生存时间.     

基于移动无线传感器节点的栅栏覆盖研究

栅栏覆盖可用于入侵检测。研究具有有限移动能力的无线传感器节点在狭长区域中的栅栏覆盖问题。首先将狭长区域划分成网格,然后将移动节点和基准栅栏上的网格中心点构成二部图。基于二部图理论对1-栅栏覆盖问题进行数学描述,提出基于拍卖算法的1-栅栏覆盖算法(A1-BCA),并与基于匈牙利算法的栅栏覆盖算法进行性能比较。仿真结果表明A1-BCA算法在传感器节点较多时,优化性能好于匈牙利算法。     

一种传感器网络移动栅栏部署算法

栅栏覆盖是传感器网络研究中的热点问题,现有有关栅栏覆盖研究大多针对静态兴趣区域的栅栏覆盖,而对于实际应用中如海洋污染、森林火灾、部队行军等的栅栏覆盖应用不适用;该文主要针对动态对象研究移动传感器网络的有效栅栏覆盖;抽象了问题模型并提出了栅栏覆盖评价指标,然后结合凸优化理论提出了一种分布式的移动栅栏覆盖算法;通过3个不同场景分别测试了算法在400*600m的区域中随机部署有50个移动传感器节点对于不同动态对象构建一条封闭栅栏带所花费的时间以及栅栏带动态形成时的移动距离;测试结果算法能够快速有效实现动态区域的栅栏覆盖。     

基于节点重部署的水下传感器网络三维栅栏覆盖

水下传感器网络是近年的研究热点,如何高效实现三维栅栏覆盖,仍是一个开放的课题.把三维栅栏覆盖转化为二维区域覆盖空洞修补,针对栅栏平面上的覆盖空洞,设计穿过空洞质心的垂直修补线段.提出了基于节点重部署的能量高效的三维栅栏构建算法(Bmon),针对栅栏平面上的覆盖空洞,选择移动能耗最小的节点移动到空洞的垂直修补线段上,修补覆盖空洞,实现三维栅栏覆盖.仿真结果验证了该算法的有效性.该研究对三维覆盖研究有一定的理论和借鉴意义.     

一种基于最优匹配的低能耗栅栏修复方法

无线传感器栅栏覆盖通常被应用于室外环境,用来监测特定区域。由于传感器自身原因或外界环境影响,栅栏覆盖易被破坏,高效且低能耗的栅栏修复算法尤为重要。本文提出了一种基于最优匹配的低能耗栅栏修复方法(Low-Power Barrier Coverage Repair Method Based on Optimal Match,BCR-OM),该方法首先遍历栅栏搜索栅栏间隙;然后计算完整修复栅栏间隙时,所需要的可移动传感器节点的最小数量;随后利用传感器节点构建栅栏间隙修复路径;最后利用Hungarian算法得出节点的最佳派遣方案,将节点派遣至对应位置,完成栅栏间隙修复。通过仿真实验验证,当栅栏间隙长度为300 m时,本文方法修复栅栏消耗的能量仅为Optimal算法消耗能量的57%,且栅栏修复率比Optimal算法高出近8%,减少能耗的同时有效提高了栅栏修复率。     

一种基于能耗均衡的分区节点部署算法

鉴于能耗问题是无线传感器网络研究的重要问题, 首先建立一种非均匀部署网络拓扑模型, 该模型中越靠近sink 的区域节点部署越密集, 节点通信距离越小; 然后针对节点初始随机部署情况, 提出一种基于节点能耗均衡的分区域节点重部署算法, 该算法利用分区域的节点移动, 减少节点移动距离, 降低移动能耗, 提高算法收敛速度; 最后通过仿真表明, 所提出的算法可以用较少数量的节点覆盖监测区域, 保证网络中各节点能量均衡消耗, 提高网络生存周期.

     

复杂三维曲面覆盖算法研究

针对无线传感器网络中三维空间曲面覆盖问题进行研究,建立传感器节点的三维感知模型,考虑到曲面的不规则性,曲面凸点会成为节点感知过程中的障碍物,形成三维空间中特有的三维感知盲区。首先从理论上对简单曲面进行分析,计算出实现有限曲面全覆盖所需的最少节点数,在对三维曲面进行网格划分以及根据三维感知盲区改进适应度函数后,引入差分进化（DE）算法对随机部署在三维空间中的传感器节点的位置坐标进行优化,通过大量仿真实验得出实现目标曲面全覆盖所需的最少的节点数,引入误差率,通过提出的测试准则验证了引用DE算法解决简单三维曲面覆盖问题的有效性。最后将DE算法运用到解决复杂三维曲面覆盖问题中,取得了良好的效果。     

基于垂直采样的水下三维传感网覆盖算法

针对水下环境的三维传感器网络节点随机部署时存在覆盖率低的问题,设计一种基于垂直采样的水下三维传感网络覆盖算法,用于提高水下三维传感器网络覆盖率和连通性.垂直采样算法首先对三维监测区域进行垂直平面采样,然后再对该平面进行直线采样,把三维空间的覆盖问题转化为多平面内的直线覆盖优化问题,达到对整个三维网络覆盖优化的目的.仿真结果表明,在100 m×100 m×100 m的三维监测水域,垂直采样算法比三维随机部署策略可提高约4%~28%的覆盖率,在节点数为40时对覆盖率的提升程度最大.     

一种WSN栅栏间隙修复优化方法

无线传感器网络栅栏覆盖对目标穿越保护区域时进行有效监测,如果栅栏出现间隙可能会使监测失效,因而需要及时修复。现有的栅栏间隙修复方法存在可移动节点的总移动距离长导致代价高的问题。本文提出一种WSN栅栏间隙修复优化方法,将实际节点拓扑图转化为可移动节点数量需求拓扑图,利用KSP算法计算修复栅栏间隙需要的最少可移动节点数量,采用匈牙利算法派遣可移动节点,并对修复路径进行优化,使可移动节点修复栅栏间隙的移动距离总和最短。仿真实验结果表明该方法能够花费较小代价完成栅栏间隙的修复工作。     

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。     

一种移动无线视频传感器节点的覆盖算法

在现有的无线传感器网络覆盖算法的研究中,缺乏对移动节点路径规划的研究,而针对具有视频传感器节点的网络仍使用普通传感器圆形覆盖区域的测量方法来计算覆盖面积,并不完全符合实际情况.基于这两方面的原因,本文提出了一种适用于无线视频传感器节点的最大覆盖算法,并提出一种对于视频传感器节点覆盖面积的计量方法.该算法能够使节点在保证网络连通性的前提下,达到最大的有效监测范围.此外,本文建立了相应的仿真实验模型,对该算法的有效性和覆盖面积进行了实验与分析.结果表明,本算法的节点监测面积大约为使用随机运动算法的节点监测面积的1.5倍左右,并可以保证网络的连通性.     

基于改进自适应遗传算法的移动WSN覆盖方法

针对传统的WSN覆盖模型的弊端,尤其是如果一个传感器失效,K-覆盖模型需要至少k个传感器节点监测其范围内是否有目标需要覆盖,提出了一种基于改进自适应遗传算法的移动WSN覆盖方法,在能量资源有限的前提下,尽可能长时间的对指定的目标进行连续监测。该算法考虑到了移动传感器是可以连续和变速运动的,从而能够保证所有目标都在它们的覆盖范围内。仿真结果表明,在使用移动节点的情况下,与其他常用模型相比,改进方法的生存周期和数据包数量都有明显提高。     

Energy efficient coverage control in wireless sensor networks based on multi-objective genetic algorithm

Due to the constrained energy and computational resources available to sensor nodes, the number of nodes deployed to cover the whole monitored area completely is often higher than if a deterministic procedure were used. Activating only the necessary number of sensor nodes at any particular moment is an efficient way to save the overall energy of the system. A novel coverage control scheme based on multi-objective genetic algorithm is proposed in this paper. The minimum number of sensors is selected in a densely deployed environment while preserving full coverage. As opposed to the binary detection sensor model in the previous work, a more precise detection model is applied in combination with the coverage control scheme. Simulation results show that our algorithm can achieve balanced performance on different types of detection sensor models while maintaining high coverage rate. With the same number of deployed sensors, our scheme compares favorably with the existing schemes.