無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中目標覆蓋算法研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、目標覆蓋是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個基本問題。它主要研究傳感器感知物理目標的監(jiān)測程度,如何調(diào)度各傳感器節(jié)點來完成覆蓋任務(wù),延長網(wǎng)絡(luò)覆蓋的生命期。為了最大化目標覆蓋的生命期,本文對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標覆蓋問題作了如下研究:
   1.在集合分割算法的基礎(chǔ)上,提出一種線性規(guī)劃算法來解決目標覆蓋問題。
   首先,本文將傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作時間分割成一個個小的時隙。在每個時隙中,選定一個目標覆蓋集執(zhí)行目標覆蓋任務(wù)。一個傳感器節(jié)點可以屬于

2、多個不同的目標覆蓋集。這種傳感器節(jié)點分配給多個目標覆蓋集的方法,突破了整數(shù)規(guī)劃的思想,引入了線性規(guī)劃的算法思路。接著,深入地分析了目標覆蓋的網(wǎng)絡(luò)模型,設(shè)計了傳感器節(jié)點初始能量不完全相等的網(wǎng)絡(luò)模型,并提出一種線性規(guī)劃的表達式來描述目標覆蓋問題。最后,設(shè)計了一種線性規(guī)劃算法來解決目標覆蓋問題。線性規(guī)劃方法來描述和分析目標覆蓋問題,并證明目標覆蓋問題是一個NP 完全問題,為目標覆蓋問題建立了理論基礎(chǔ)。
   2.為了降低算法的復(fù)雜度,

3、提出一種集中式的啟發(fā)式貪心最優(yōu)目標覆蓋算法來解決目標覆蓋問題。
   在實際應(yīng)用中,在傳感器節(jié)點的處理能力、通信能力、電源能量都嚴重受限的條件下,要求傳感器節(jié)點執(zhí)行算法的復(fù)雜計算比較小。為了降低算法的復(fù)雜度,在分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標覆蓋能量模型的基礎(chǔ)上,找出目標覆蓋生命期的關(guān)鍵約束,引入關(guān)鍵目標的概念,在關(guān)鍵目標優(yōu)先和最大化關(guān)鍵目標生命期的基礎(chǔ)上,提出一種啟發(fā)式貪心最優(yōu)覆蓋算法。從目標的覆蓋能量和覆蓋生命期的角度,來設(shè)計啟發(fā)式

4、貪心策略,克服了傳統(tǒng)的剩余能量優(yōu)先和能量效率優(yōu)先的貪心策略的缺陷,取得很好的算法效果。
   3.針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式自組織特點,設(shè)計了一種目標覆蓋問題的分布式最優(yōu)覆蓋算法。
   用線性規(guī)劃算法和集中式啟發(fā)式貪心算法來求目標覆蓋問題,都屬于集中式算法。在集中式算法中,匯節(jié)點或基站要取得全網(wǎng)的信息,成為全網(wǎng)的瓶頸。同時,全網(wǎng)管理信息的集中和分發(fā)要增加網(wǎng)絡(luò)流量,增大通信能耗。為了克服集中式算法的缺陷,針對無線傳感器網(wǎng)

5、絡(luò)的分布式和自組織特點,設(shè)計一種分布式最優(yōu)覆蓋算法來解決點目標覆蓋問題。
   首先,提出本地h-跳的目標覆蓋問題,并證明了1-跳分布式算法的可行性。接著,在分析目標覆蓋能量模型的基礎(chǔ)上,引入了關(guān)鍵目標的概念,設(shè)計了基于目標覆蓋能量的能量效用函數(shù),在關(guān)鍵目標優(yōu)先和能效優(yōu)先的原則的基礎(chǔ)上設(shè)置節(jié)點等待時間,并建立了節(jié)點等待時間自適應(yīng)調(diào)整的機制。最后,設(shè)計了一種分布式最優(yōu)覆蓋算法。
   4.針對覆蓋半徑可調(diào)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模

6、型,進一步提出用線性規(guī)劃算法來解決覆蓋半徑可調(diào)的目標覆蓋問題。
   調(diào)整覆蓋半徑,是減小覆蓋能耗的重要技術(shù)之一。在覆蓋半徑可調(diào)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,傳感器節(jié)點通過調(diào)整覆蓋半徑,減少重疊覆蓋率,減少覆蓋能耗,延長目標覆蓋的生命期。同時,通過調(diào)整傳感器節(jié)點的覆蓋半徑,也可以實現(xiàn)各目標之間的能耗均衡,從總體上延長網(wǎng)絡(luò)覆蓋的生命期。首先,在分析覆蓋半徑可調(diào)的目標覆蓋問題,用線性規(guī)劃表達式描述覆蓋半徑可調(diào)的目標覆蓋問題,并提出一種高效的啟

7、發(fā)法,最后設(shè)計模仿實驗來證明算法的有效性。
   5. 設(shè)計一種基于能量均衡和覆蓋半徑自適應(yīng)調(diào)整的目標覆蓋的分布式啟發(fā)算法來解決半徑可調(diào)的目標覆蓋問題。
   覆蓋半徑可調(diào)的目標覆蓋問題是一個NP 完全問題。為了降低算法的復(fù)雜度,考慮到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)拓撲和分布式自組織的特點,本文采用分布式算法求局部h-跳的局部網(wǎng)絡(luò)的目標覆蓋的生命期,來逼近整個網(wǎng)絡(luò)的目標覆蓋生命期的全局最優(yōu)解。為此,在能量平衡和自適應(yīng)調(diào)整覆蓋半徑的

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