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传感技术学报 2015年第4期28卷 578-584页

作者：秦宁宁陈家乐丁志国江南大学物联网工程学院江苏无锡214122 江南大学轻工过程先进控制教育部重点实验室江苏无锡214122 纽卡斯尔大学电气电子和计算机工程系

为了进一步实现无线传感器网络生命周期的最大化,针对网络中能量均匀且均衡覆盖问题展开研究,提出覆盖率均衡区域覆盖算法BRACA(Balanced Rate Area Coverage Algorithm)。该算法引入覆盖率均衡思想,将各传感器节点对目标区域覆盖率的... 详细信息

为了进一步实现无线传感器网络生命周期的最大化,针对网络中能量均匀且均衡覆盖问题展开研究,提出覆盖率均衡区域覆盖算法BRACA(Balanced Rate Area Coverage Algorithm)。该算法引入覆盖率均衡思想,将各传感器节点对目标区域覆盖率的均衡性与节点剩余能量的均衡性作为筛选因子,且通过调节传感器节点的剩余能量与其平均覆盖率的比例关系,筛选出最大不相关且代价最小的网络覆盖子集,以尽可能少的节点实现对区域的覆盖。经对比实验验证,算法BRACA具有更高的计算效率,所生成的ε-覆盖子集,以更少且更均衡的能量消耗,保证了网络覆盖率≥90%,有效地延长了网络生命周期。

关键词：无线传感器网络覆盖率均衡 ε-覆盖覆盖子集

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传感器网络中覆盖子集问题的研究

传感器网络中覆盖子集问题的研究

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作者：陈家乐江南大学

学位级别：硕士

作为无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)的基本问题之一,覆盖控制决定了无线传感器网络对物理世界的服务质量,影响着网络的成本和现实应用的性能。论文从“优化覆盖子集”角度,旨在解决无线传感器网络中的覆盖问题。研究在... 详细信息

作为无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)的基本问题之一,覆盖控制决定了无线传感器网络对物理世界的服务质量,影响着网络的成本和现实应用的性能。论文从“优化覆盖子集”角度,旨在解决无线传感器网络中的覆盖问题。研究在随机部署且能量受限的传感器网络监控区域中,如何在保证网络覆盖精度的前提下,利用节点轮换调度工作机制,筛选出最小代价覆盖子集,从而增强网络覆盖性能,延长网络生命周期。主要工作内容如下:(1)研究了独立生命素的最大-最小子集调度算法(Maximum-Minimum Subset Dispatching Algorithm Based on Respective Biogen,MMDARB)。该目标覆盖算法改进了现有层层叠游戏启发式算法(Jenga-Inspired Optimization Algorithm,JOA),以每位选手独立传感器节点子集的生命素作为工作节点的筛选因子,通过轮盘赌法的方式,构建最大不相关且代价最小的网络覆盖子集,实现网络生命周期最大化。实验结果表明,在同等实验环境下与现有贪婪算法GREEDY、粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)、JOA算法相比,本算法利用传感器节点间生命素的独立性,有效地提高了覆盖资源利用率,在平均剩余能量和网络生命周期等方面均有明显的优势。(2)设计了覆盖率均衡区域覆盖算法(Balanced Rate Area Coverage Algorithm,BRACA)。该区域覆盖算法引入覆盖率均衡思想,将各传感器节点对目标区域覆盖率的均衡性与节点间能量的均衡性作为工作节点的筛选因子,通过调节节点的剩余能量与其平均覆盖率间的比例关系,筛选出最小代价的网络覆盖子集,以尽可能少的节点覆盖目标区域。实验结果表明,与已有PSO、MMDARB算法相比,同等实验环境中,本算法在网络生命周期和算法运行时间等方面均有明显的优势。(3)设计了一种基于差分进化的区域覆盖算法(Area Coverage Algorithm Based on Differential Evolution,ACADE)。该区域覆盖算法在无参数变异的二进制差分进化基础上,设计一种针对不满足约束条件覆盖子集的修复策略,该策略将传感器节点对目标区域覆盖率的均衡性与节点间能量的均衡性作为修复因子,结合差分进化的变异、交叉、选择等操作,扩大种群搜索范围,加快网络覆盖子集收敛速度。实验结果表明,在同等实验参数条件下与现有PSO、MMDARB、BRACA算法相比,本算法在平均剩余能量和网络生命周期等方面均有明显的优势,在消耗更少且更均衡能量的同时,也实现了网络生命周期最大化。

关键词：无线传感器网络覆盖子集覆盖率均衡差分进化

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