無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動節(jié)點覆蓋控制研究.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進步和機電系統(tǒng)的微型化，部署大量的自治移動傳感器節(jié)點成為可能。這些傳感器節(jié)點集成了信息感知、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)點協(xié)同工作實時監(jiān)測和采集各種環(huán)境信息，并將大量詳實而有價值數(shù)據(jù)傳送到基站進行處理。
　　當初始部署的節(jié)點數(shù)目不是很大或有節(jié)點因能量耗盡而失效時，網(wǎng)絡(luò)就會出現(xiàn)覆蓋空洞，這時就需要節(jié)

2、點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中的一個基本問題，它解決如何部署網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點使得目標區(qū)域被最大地覆蓋。覆蓋控制有許多應(yīng)用:敵對目標跟蹤、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的節(jié)點移動策略問題，先后考慮基于虛擬力的節(jié)點移動策略和基于Voronoi圖的節(jié)點移動策略，提出了三種節(jié)點移動策略，主要研究工作如下：
　　1.研究節(jié)點移動策略

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)點向覆蓋空洞移動，同時保證節(jié)點的移動距離最小，以節(jié)省能耗。計算機仿真表明，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，同時節(jié)點的移動距離最小。
　　2.研究最優(yōu)化問題中的群體智能算法，包括粒子群算法、遺傳算法和差分進化算法。針對感知覆蓋能力不同的異構(gòu)節(jié)點組成的傳感器網(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、覆蓋率作為差分進化算法的目標函數(shù)，引入覆蓋空洞導(dǎo)向力指導(dǎo)算法進化。計算機仿真表明，新算法能有效提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率同時減少節(jié)點的移動距離。
　　3.研究基于Voronoi圖的節(jié)點移動策略問題，通過提出一個連續(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)梯度為零的點就是Voronoi圖質(zhì)心位置。將節(jié)點移動到每個Voronoi圖的質(zhì)心位置，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的均勻分布。計算機仿真表明，新的移動策略具有很好的收斂速度和