基于Voronoi图模型的传感网覆盖优化算法研究

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传感网是一种由多节点建构的分布式网络,其传感节点具有感知能力、计算能力与通信能力,能够在多样的环境下开展监测与组网的工作,应用前景十分广阔。传感网覆盖的能力与效果,将直接影响到基于传感网开展的各项数据分析与应用工作所需信息源的准确度以及全面度。传感网技术所具有的较高的社会需求性、以及传感网本身网络元素与应用场景的多样性,决定了传感网必须提供更高质量的覆盖感知能力及更多样化的覆盖优化策略。而目前理论研究与工程学界在传感网覆盖问题上所提出的优化算法策略,其某些性能指标仍或多或少地存在着一些瓶颈,且相关算法在数量上也有待继续丰富。鉴此,本文结合Voronoi图模型,研究并提出可应用于传感网覆盖优化的新算法。本文首先提出了基于Voronoi图外邻围包多边形的传感网覆盖优化算法。这个优化算法,在依照约定规则于区域外围设置虚拟传感节点集后,利用Voronoi图对区域内真实的传感节点与区域外围的虚拟传感节点一同进行划分,并定义外邻围包多边形。对于区域内的真实传感节点,测算并比对其在邻围包多边形形心位置及其在现位置处的私有覆盖面积值,为其目标移动位置调优作判别与选择。通过多次计算迭代实现对传感网全局性覆盖优化的需求。经过仿真实验测试,结果表明本算法在覆盖率和节点覆盖效率指标上优于对比算法,对传感网进行覆盖优化具有良好的效果。本文其次提出了基于Voronoi图类果蝇算法的传感网覆盖优化算法。在先引入了果蝇的觅食行为特性,以及对标准果蝇算法思想进行了分析与改进后,提出了一种基于Voronoi图划分的类果蝇算法,并基于该算法思想设计了一种可用于对传感网进行覆盖优化的新算法。这个传感网覆盖优化算法,先采用Voronoi图对已有的传感果蝇节点进行区域划分,再利用区域划分情况确立起传感果蝇节点间的相互关系。通过引入类果蝇算法中的行为特性,使每个传感果蝇节点均依循约定规则,在特定范围内进行目标移动位置的寻优,以改善其自身对所在片区覆盖感知的效果。通过算法的若干次计算迭代,完成传感网全局性的覆盖优化目标。经过仿真实验测试,结果表明本算法在覆盖率以及节点覆盖效率与节点平均位移量指标上表现良好。本文所提出的两个传感网覆盖优化算法,均采用Voronoi图为研究基础,以外邻围包多边形和果蝇觅食行为两个切入角度,分别设计的两种不同策略形式的传感节点部署调优方案。经过仿真测试验证,两个优化算法在覆盖率及节点覆盖效率等指标上均有良好的表现,能够有效提升传感网覆盖效果。
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