无线传感器网络节点重部署研究进展

传感器节点随机部署导致的分布不均匀往往会使无线传感器网络的感测区域产生覆盖空洞或冗余覆盖,严重影响网络性能,因此需要重部署对网络拓扑进行修复。总结和分析近年来重部署相关的主要研究方向和成果。首先回顾了三种基础的节点感测模型;再从研究问题、策略设计优化目标和分类方法等三个方面对节点的重部署进行了全面的梳理;然后着重针对典型的传感器节点和Sink节点的重部署策略进行分类解释和比较分析;最后讨论强化学习框架下的节点重部署策略和安全监测需求下无线传感器网络迁移部署,并指出重部署策略的应用前景与发展趋势以及未来的优化方向。

负载均衡的无线传感器节点重部署算法

近年来,节点部署优化问题引起了越来越多的研究者的关注。针对无线传感器网络节点部署中存在的网络负载不均衡问题,提出了一种无线传感器网络中负载均衡的节点重部署(Load Balanced Node Redeployment, LBNR)算法。算法在网络初始化之后,利用K-means算法进行分簇,引入冗余节点,对负载大的簇进行拆分,对负载小的簇进行簇成员节点调整。其中,在减小簇规模阶段,利用帝王蝶优化算法对冗余节点进行移动,以进行簇拆分;在增大簇规模阶段,采用邻近运动方式,进行簇成员调整。上述算法通过有效地移动节点,均衡了网络负载,提高了网络能量使用效率。而且与其它节点部署方案相比,研究提出的方案采集数据量明显增加,网络负载更均衡,传感器网络的生命周期显著延长。

无线传感器网络节点重部署研究进展

无线传感器网络节点部署是一个复杂的过程,涉及到无线传感器网络节点的建设、运营维护、安全保障等多个方面,其连接通过无线传感器网络节点与基站之间的信令实现。无线传感器网络得益于无线传感器网络技术的发展,其应用领域不断扩大,已成为当今世界信息技术领域的一个重要研究方向。随着物联网、移动互联网、大数据、云计算等新兴技术的迅猛发展,无线传感器网络也迎来了前所未有的发展机遇。目前,无线传感器网络已经成为各行各业应用的重要基础设施,其中智能家居、智慧城市、工业控制领域的应用尤为突出。在这些领域,无线传感器网络扮演着非常重要的角色。无线传感器节点的重布局、重部署、重应用已成为当前网络建设的主流方向。重点对无线传感器网络节点重部署进行研究分析,旨在提高传感器节点的能量利用效率。

基于组合虚拟力的传感器网络三维空间重部署算法研究

无线传感器网络(Wireless sensor networks,WSNs)的重部署问题是提高无线传感器网络覆盖性能的一个重要问题,实用化的重部署算法需要充分考虑传感器资源的有限性和实际布撒情况.本文设计了基于组合虚拟力的分布式算法,该算法定义了传感器受到的邻居节点间的基于库仑力的斥力、目标覆盖区域的基于胡克定律的中心吸引力和边界斥力,综合这些力的合力以及单位能耗因素求得传感器节点每次移动的目标位置.本文算法还给出了调整的终止条件以保证传感器能够重部署至合理位置.理论论证和仿真实验表明,提出的基于组合虚拟力的重部署算法能使所有随机布撒的传感器节点在低能耗的情况下,进入目标覆盖区域并在该区域内自组织成一个具有高覆盖性和重连通性的网络拓扑.本文算法还解决了覆盖区域中存在障碍物的复杂情况.

可重部署钠激光雷达接收系统减震设计

为了防止中国科学院临近空间环境野外综合探测站(廊坊,39°N,116°E)的钠荧光多普勒激光雷达在可重新部署运输过程中震动对激光雷达系统的不良影响,保证系统测量的稳定性和精度,文中主要对钠激光雷达接收系统进行了减震设计。首先选用了空气悬挂车载底盘和对望远镜的主镜运输以及望远镜安装运输平台等进行了三级减震设计,通过仿真模拟表明通过减震设计的望远镜安装运输平台冲击位移小于望远镜的主镜运输减震设计要求;其次通过跑车实验表明通过减震设计主镜室的最大振动加速度满足望远镜运输条件设计输入要求;最后通过钠荧光多普勒激光雷达系统的观测实验进一步验证了在长途运输中减震设计的可靠性。

基于虚拟传热的能耗均衡幂律重部署算法

针对大规模双层无线传感器网络自移动传感器节点覆盖控制的能耗均衡问题,提出一种基于虚拟传热的重部署算法。建立了以二次熵为基础的幂律熵模型,设计传感器节点与汇聚节点之间的绝对移动方法;利用邻居节点之间幂律熵流动的平衡关系,建立熵平衡方程,采用相对熵求得相对移动中参照节点选取概率的权重,设计相对移动方法。叠加两种自移动方法,进行迭代,达到网络熵平衡。实验表明,所提算法能够高效实现能耗均衡,及时避免能量空洞,延长了网络生命周期,并提升了覆盖率。

基于节点重部署的水下传感器网络三维栅栏覆盖

水下传感器网络是近年的研究热点,如何高效实现三维栅栏覆盖,仍是一个开放的课题。把三维栅栏覆盖转化为二维区域覆盖空洞修补,针对栅栏平面上的覆盖空洞,设计穿过空洞质心的垂直修补线段。提出了基于节点重部署的能量高效的三维栅栏构建算法(Bmon),针对栅栏平面上的覆盖空洞,选择移动能耗最小的节点移动到空洞的垂直修补线段上,修补覆盖空洞,实现三维栅栏覆盖。仿真结果验证了该算法的有效性。该研究对三维覆盖研究有一定的理论和借鉴意义。

基于萤火虫算法的无线传感器网络节点重部署策略

节点部署是无线传感器网络研究的重要问题之一。针对节点部署过程中的能量空洞问题,提出了一种基于萤火虫算法(FA)的节点重部署(NRBFA)策略。首先,在节点随机部署的传感器网络中,利用k-means算法进行分簇并引入冗余节点;然后,利用FA移动冗余节点,以分担簇头(CH)负载并均衡网络中节点的能耗;最后,再次利用FA寻找目标节点,从而更新冗余节点。该策略通过有效地移动冗余节点,减小了节点移动距离并降低了网络能耗。实验结果表明,该策略能够有效地缓解“能量空洞”问题,并且与基于虚拟力的分区节点重部署算法相比降低了算法的复杂性,且能更好地提高网络的能量效率,均衡网络负载,并将网络生命周期延长近10倍。

基于蛙跳算法的无线传感器网络节点重部署

针对传统无线传感器网络节点重部署覆盖方法没有进行子群节点局部搜索,导致方法存在覆盖率较低、节点连通性较差等问题,提出基于蛙跳算法的无线传感器网络节点重部署方法,初始化无线传感器网络节点,引入蛙跳算法,将全局的信息交换和子群局部搜索结合,确定无线传感器所能够探测的区域范围,利用微积分方法求解不规则区域,获取网络节点最优解,实现无线传感器网络节点的重部署。实验结果表明,研究方法覆盖率较高、节点连通性较好、节点能量较高,具有更好的应用价值。

能量平衡的三维传感器网络重部署算法

无线传感器网络的重部署问题是无线传感器网络研究中的重要基础问题。网络的重部署可以提高网络的覆盖率,从而提高网络的整体服务质量。本文提出了一种适用于三维空间且考虑整体网络能量平衡的重部署算法。用此算法对传统的虚拟力算法进行了拓展,将其应用于三维空间。基于此算法,对现有重部署算法中存在的节点能量不均衡问题及其导致的结果进行了分析,并以此为基础对传统的虚拟力算法进行了修正,进而解决了重部署过程少数节点能量消耗过大的问题。

移动无线传感器网络k-栅栏覆盖构建算法

研究了节点无移动能力的静态传感器网络中的栅栏覆盖问题.考虑在传感器节点具有有限移动能力时,如何构建k-栅栏覆盖的问题:首先定义了1-栅栏覆盖最小移动距离和问题(1-barrier coverage min-sum of moving distance,简称1-BCMS).在网格划分模型情况下,将1-BCMS问题近似为1-网格栅栏最小移动距离和问题(1-grid barrier min-sum of moving distance,简称1-GBMS).给出了1-GBMS问题的整数线性规划描述,证明了其是NP-hard的;然后提出了1-GBMS问题的近似算法——CBGB(constructing baseline grid barrier)算法,能量高效地构建1-栅栏覆盖.仿真实验结果表明,CBGB算法的求解结果与最优解接近.最后,提出了一种基于分治策略的k-栅栏覆盖构建算法.该算法极大地降低了通信和计算开销.仿真实验验证了该算法的有效性和可扩展性.

基于单向散列链的定点布设无线传感器网络密钥分配方案

针对有重部署需求的定点布设无线传感器网络,提出基于单向散列链、支持身份认证的密钥分配方案。方案采用密钥链分段激活方式,可以有效抵制节点俘获攻击造成的安全威胁,安全性能好;支持节点重部署,从而可以保障有良好的网络覆盖率。

移动传感器网络实验平台的设计与实现

本文针对无线传感器网络机动能力欠缺、无重部署能力的问题,设计并实现了一种具有机动能力的无线传感网络平台.该平台主要由一个汇聚节点和多个移动节点组成,移动节点和汇聚节点间通过多跳的方式进行数据交换.每个移动节点均具有传感、计算、通讯和机动能力,用户可以根据需要实时地改变节点的部署情况.演示实验结果表明,该平台在摄像头的监控下具有节点重部署的能力.

基于自适应粒子群的WSN覆盖优化

数据感知层的无线传感器网络覆盖范围对感知服务质量具有非常重要的意义。鉴于无线传感器网络初始部署的随机性所造成的覆盖冗余、覆盖空洞以及粒子群算法自身的早熟收敛等问题,提出一种基于二项感知覆盖的自适应虚拟力粒子群优化算法,以优化网络的有效覆盖率。该算法通过在网络中添加移动节点来进行位置调度的重部署分布,并计算种群进化程度和相对聚合程度以自适应调节惯性权重,同时利用适应度方差阈值判断当前状态是否需要引入虚拟力策略的干扰。文中重点分析了初始部署类别和移动节点占比对重部署覆盖性能的影响,并给出了相应的算法实现。仿真实验表明,相比ACPSO,DACPSO,DVPSO算法,改进的粒子群算法的覆盖率达到了98.33%,并且具有较高的移动效率,充分证明了该算法的有效性。

移动传感器k栅栏覆盖研究

在随机部署的无线静态传感器网络中,为保证监控区域的栅栏覆盖而需要大量的节点,从而导致节点之间覆盖区域相互重叠,产生覆盖冗余。通过利用移动传感器节点重部署的能力,可以使用少量的节点保证监控区域的栅栏覆盖。针对1栅栏覆盖问题,提出了基于集中式再部署算法CBarrier的改进算法MCBarrier。通过将监控区域划分为若干片段区域,分别进行栅栏覆盖,并设计基于分治算法的k栅栏覆盖构建算法kMCBarrier。实验表明:MCBarrier算法与kMCBarrier算法能量高效的实现栅栏覆盖,且kMCBarrie算法具有良好的扩展性。

一种基于能耗均衡的分区节点部署算法

鉴于能耗问题是无线传感器网络研究的重要问题,首先建立一种非均匀部署网络拓扑模型,该模型中越靠近sink的区域节点部署越密集,节点通信距离越小;然后针对节点初始随机部署情况,提出一种基于节点能耗均衡的分区域节点重部署算法,该算法利用分区域的节点移动,减少节点移动距离,降低移动能耗,提高算法收敛速度;最后通过仿真表明,所提出的算法可以用较少数量的节点覆盖监测区域,保证网络中各节点能量均衡消耗,提高网络生存周期.