无线传感器网络覆盖控制算法设计

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大量低成本,具有感知、数据处理、数据存储和无线通信能力的传感器节点相互协作组织成了无线传感器网络。无线传感器节点的能量有限且不易补充,减少网络耗能,延长网络生命期就成了无线传感器网络设计中的基本问题。无线传感器网络对目标或者目标区域的覆盖情况反映了网络对物理世界的监测能力,好的覆盖控制算法能够节省网络耗能,使用更少的传感器节点来达到覆盖要求。本文对无线传感器网络覆盖控制进行了研究,主要考虑两个问题,如何使用最少的可移动传感器节点来完全覆盖目标区域,和如何从传感器节点集合中选择最少的节点来完全覆盖复杂表面目标区域。针对第一个问题,首先给出了一个最优节点部署方案的设计方法。利用该方法可以计算完全(k)覆盖目标区域所需的最少节点数和布置节点的目标位置。在不能准确部署节点的情况下,随机布置的可移动传感器节点需要移向目标位置来实现最优节点部署。对于如何为节点指定移动目的地,使节点移动所消耗能量的总和最少,并使消耗能量最大的节点所消耗的能量最少的问题,给出了一个整数规划模型,并且提出了求解这个整数规划问题的遗传算法。仿真结果表明,本文算法计算所需的传感器节点要比文献[36]中CAMSEL算法所需的节点要少得多,本文算法计算所的移动耗能最大的节点的移动耗能要比文献[39]中集中式最优分配方案中的要少得多。针对第二个问题,首先给出了一组传感器节点能够完全覆盖整个目标区域的充分必要条件,即包含传感器感知边界在目标区域内的交点和传感器感知边界和目标区域边界的交点的集合中的每个点都被至少k个传感器所覆盖。然后给出了从大量的传感器节点中选择最少的传感器节点来完全k覆盖目标区域的整数规划模型以及解决整个整数规划问题的集中式算法;进而提出了分布式的节点调度算法,在保证完全k覆盖目标区域的前提下,使更多的传感器节点进入低功耗的休眠状态来减少网络耗能。最后进行仿真实验验证了算法的有效性。
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