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无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术,能够协作地完成实时监测、传感和采集目标对象的信息,并对其进行处理,传送给需要信息的用户。无线传感器网络一般是由部署在监测区域内的大量传感器节点组成,这些传感器节点通常由容量有限的电池供电,且被部署在无人值守的环境下而不能充电,因此能量的有效利用是无线传感器网络需要解决的关键问题。网络覆盖与能量消耗密切相关,本文主要针对无线传感器网络覆盖优化控制问题进行了深入研究。
针对传感器网络的区域覆盖问题,本文研究了节点高密度分布下传感器工作节点集的选取问题,在保证网络充分覆盖的前提下,减少工作节点数目,同时降低网络覆盖的能量消耗。提出了一种基于免疫-蚁群算法的优化覆盖控制算法。充分利用免疫算法的快速性和全局收敛性,寻找较优的解,然后采用蚁群算法。即利用免疫算法获得的较优的可行解,产生初始信息素分布。然后充分利用蚁群算法的正反馈性,以提高求解效率。仿真结果表明本算法能够以较少的时间选取工作节点集,并且可以获得很好的网络覆盖率和较少的工作节点。
在一些环境下,随机放置的静态的传感器节点不能满足网络的要求,因此对于一些有特殊要求的情况要引入移动传感器节点。移动传感器节点被初始部署后,可根据网络对监测区域的覆盖情况,进行移动而重新部署。本文提出了基于最短路径的传感器部署算法(The Shortest Path Sensor Deployment Algorithm, SPSD),将蚁群算法用于无线传感器网络移动节点路径规划中,解决了传感器节点移动距离大并且不平均的问题。仿真结果表明算法能有效的进行区域的完全覆盖,使移动节点的移动距离减小,并且此算法具有很好的适应性。