無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點(diǎn)覆蓋控制研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步和機(jī)電系統(tǒng)的微型化，部署大量的自治移動傳感器節(jié)點(diǎn)成為可能。這些傳感器節(jié)點(diǎn)集成了信息感知、數(shù)據(jù)處理和無線通信等功能，由這些傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN(Wireless Sensor Network)在無人監(jiān)管的情況下，通過傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作實(shí)時(shí)監(jiān)測和采集各種環(huán)境信息，并將大量詳實(shí)而有價(jià)值數(shù)據(jù)傳送到基站進(jìn)行處理。
　　當(dāng)初始部署的節(jié)點(diǎn)數(shù)目不是很大或有節(jié)點(diǎn)因能量耗盡而失效時(shí)，網(wǎng)絡(luò)就會出現(xiàn)覆蓋空洞，這時(shí)就需要節(jié)

2、點(diǎn)在一定移動策略下重新部署以增加網(wǎng)絡(luò)覆蓋率。覆蓋控制是WSN中的一個(gè)基本問題，它解決如何部署網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)使得目標(biāo)區(qū)域被最大地覆蓋。覆蓋控制有許多應(yīng)用:敵對目標(biāo)跟蹤、環(huán)境信息采樣和監(jiān)視、區(qū)域搜索與救援等。移動節(jié)點(diǎn)的覆蓋控制也稱為移動策略。本文針對傳感器網(wǎng)絡(luò)初始部署存在覆蓋空洞時(shí)的節(jié)點(diǎn)移動策略問題，先后考慮基于虛擬力的節(jié)點(diǎn)移動策略和基于Voronoi圖的節(jié)點(diǎn)移動策略，提出了三種節(jié)點(diǎn)移動策略，主要研究工作如下：
　　1.研究節(jié)點(diǎn)移動策略

3、的虛擬力算法提出一種新算法，新算法通過在兩種虛擬力外增加一種覆蓋空洞導(dǎo)向力，促使節(jié)點(diǎn)向覆蓋空洞移動，同時(shí)保證節(jié)點(diǎn)的移動距離最小，以節(jié)省能耗。計(jì)算機(jī)仿真表明，同虛擬力算法和覆蓋空洞力算法相比，新算法收斂速度更快，網(wǎng)絡(luò)覆蓋率更高，同時(shí)節(jié)點(diǎn)的移動距離最小。
　　2.研究最優(yōu)化問題中的群體智能算法，包括粒子群算法、遺傳算法和差分進(jìn)化算法。針對感知覆蓋能力不同的異構(gòu)節(jié)點(diǎn)組成的傳感器網(wǎng)絡(luò)，提出了一種新的算法一——CHDDE，新算法將區(qū)域的局部

4、覆蓋率作為差分進(jìn)化算法的目標(biāo)函數(shù)，引入覆蓋空洞導(dǎo)向力指導(dǎo)算法進(jìn)化。計(jì)算機(jī)仿真表明，新算法能有效提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率同時(shí)減少節(jié)點(diǎn)的移動距離。
　　3.研究基于Voronoi圖的節(jié)點(diǎn)移動策略問題，通過提出一個(gè)連續(xù)可微的覆蓋優(yōu)化函數(shù)，利用Voronoi圖求函數(shù)的梯度，通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明函數(shù)梯度為零的點(diǎn)就是Voronoi圖質(zhì)心位置。將節(jié)點(diǎn)移動到每個(gè)Voronoi圖的質(zhì)心位置，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的均勻分布。計(jì)算機(jī)仿真表明，新的移動策略具有很好的收斂速度和