电子科技论文基于虚拟力的传感器网络三维覆盖算法.PDF

中国月期刊咨询网 电子科技论文基于虚拟力的传感器网络三维覆盖算法 无线传感器网络是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。WSN广泛应用于军事、智 能交通、环境监控、医疗卫生等多个领域。本文是一篇电子科技论文 范文，主要论述了基于虚拟力的传感器网络三维覆盖算法。 摘要：针对三维无线传感器网络中节点非均匀覆盖需求的问题，提出一种基于虚拟力的三维覆盖算法(3DCAVF)。该 算法是将虚拟力应用在无线传感器网络中实现节点布置， 通过虚拟力和拥挤度控制， 使节点能够自动覆盖事件， 并 且使节点和事件的密度呈现一种平衡的效果。在Matlab平台上进行仿真实验，将所提算法与基于人工势场的三维部署 算法(APFA3D)、基于未知目标精确覆盖的三维部署算法(ECA3D)进行比较，在事件呈T型不均匀部署和线型不均匀部 署两种情况下进行实验，所提算法的事件集覆盖效能比APFA3D、ECA3D 算法有3.6%、3.1%的提高。仿真实验结果表明所提算法能够有效处理三维无线传感器网络中节点的布置问题。 关键词：无线传感器网络,三维覆盖,虚拟力,拥挤度控制,事件 0引言 线通信技术与电子技术的突飞猛进，促使费用低、能量消耗少、功能丰富的传感器的开发向占用空间更小，并使这些 传感器的开发向通信方面发展。尽管无线传感器网络最开始是在军事方面使用，但现在其被研究和运用在许多不同的 民用领域，如：车辆跟踪、环境监测、森林河畔监测、地震观测、生物医学或医疗应用以及建筑工程监理等。无线传 感器网络拥有可移动的或者可静止的传感器节点，收集被监测地区的一些被感知对象的信息，并且要把这些信息传给 网络拥有者。覆盖在无线传感器网络中一直非常受到关注，其与节能问题、连通性问题以及网络重组问题有关。 它主要解决如何部署传感器节点实现充分有效覆盖，使服务区内的每个点至少得到一个传感器节点的监控[3-4]。 针对无线传感器网络中的覆盖问题，众多学者相继提出一系列的解决方案。于广州[5]提出了一种覆盖算法，它是针 对多类别目标的在线性规划的基础上实现的，此算法通过簇结构得到的全局覆盖集接近最优解;Ren等[6]分析了4个虚 拟力模型参数，然后选择4个评价因子(覆盖增量规模、迭代次数、覆盖效率、节点平均移动距离)评价这些虚拟力模 部署策略，在没有任何传感器知道它的位置或与其他传感器的相对距离的网络区域指导移动传感器节点的方法; Wang等[9]提出一种局部虚拟力的方法用来增强移动节点的覆盖效能。 1相关工作 虚拟力算法(Virtual Force Algorithm， VFA)[10]是节点随机抛洒到监测区域后借助物理世界中的范德华力进行重新部署。 当两个节点间的距离大于某值时，会产生引力拉近它们的距离，而当距离过近直到小于某一给定的值时，则会产生斥 力，依此来调整两者之间的距离，使节点均匀地分布在目标区域。但VFA只适用于二维空间中节点的部署。针对三维 Space)[11]相继被提出，算法中的节点能够根据目标区域的不同形态重新部署从而提高区域覆盖率，但它们为了实现 完全覆盖使节点均匀地分布在目标区域中，都没有考虑到不同情况对覆盖程度的要求不同，比如要监测热带雨林中的 红壤就没有必要监测砖红壤。本文研究了传感器节点在三维无线传感器网络中的非均匀覆盖需求的问题，提出了一种 3DCAVF)， 此算法将虚拟力应用在三维无线传感器网络中实现节点布置， 并且使得节点和事件的散布密度达到互相匹配的目的。 2基于虚拟力的传感器网络三维覆盖算法 2.1虚拟力相关模型 为更好地理解本文算法，设计了与虚拟力相关的节点覆盖模型，如图1～5所示分别呈现了节点受虚拟力影响最终覆盖 事件的过程，黑色的圆点表示被监测的事件[12]，黑色球体表示随机撒入监测区域的传感器节点，箭头表示力的作用 。 中国月期刊咨询网 2.23DCAVF的实现 关于虚拟力公式模型的研究截至目前已有很多种，李享等[10]借助了范德华力，刘惠等[13]使用了胡克定律以及库仑 定律，本文则借鉴了关于万有引力的模型[14]。以下是本文中涉及到的虚拟力的分析。在整个监测区域中节点受到的 作用力有：节点间的相互作用力Fij，事件对节点的吸引力Fe以及障碍物和节点之间的斥力Fb。 1)节点间的相互作用力。 Fij= +∞，0 (k1mimj)/(da1ij)，kmin 0，dij=kb (-k2mimj)/(da2ij)，kb 0，dijRc (1