无线传感器网络区域覆盖的优化算法研究

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随着传感器技术、微电机电系统(micro-electro-mechanism system,MEMS)、现代网络和无线通信系统的发展,出低成本、低功耗、具备感知、数据处理、存储和无线通信能力的微型传感器节点通过自组织方式形成的无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)应运而生。在无线传感器网络中,网络覆盖和节点能量消耗是两个核心问题,其中网络覆盖反映了无线传感器网络对物理世界的监测能力和监测质量,能量消耗则决定了无线传感器网络的生存时间。  论文在介绍并分析了多种覆盖算法的基础上,提出了基于监测区域划分覆盖(DDA)算法、分层覆盖(DNUC)算法和基于改进PIR感知模型(NNUCA)覆盖算法。首先,对于确定了节点的位置信息和感知半径的无线传感器网络,DDA算法根据节点的感知半径确定区域划分的尺度,利用节点的感知圆盘覆盖所在划分区域的效率选择节点,最终确定为活跃节点集合,即工作节点集。通过仿真实验表明,算法在高密度节点部署环境下,具有较好的适应性,对工作节点的选择达到了减少能耗、延长网络寿命的目的。其次,针对覆盖节点间能耗不均提出了DNUC算法,其目标有:在保证网络充分覆盖的前提下,减少冗余工作节点数目,同时均衡节点间的能耗达到网络中的工作节点同时死亡,减少网络能量的浪费,延长网络的寿命。算法利用图论的最大独立集以及Voronoi理论,通过随机最小度算法选取节点,节点根据到基站的距离进行分层,各层间的工作集节点具有不同的感知半径,最终达到分层覆盖网络的目的。最后,基于改进的PIR感知模型,提出了NNUCA算法,从使邻居节点覆盖面积最大出发,选择活跃节点,从而延长了网络的寿命。
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