关于无线网络覆盖的优化算法的探讨论文_何粤相

摘要：笔者长期从事无线基站进行选址、勘测以及设计图纸等等的工作。本文主要从无线传感器网相关模型，覆盖控制技术2方面开展 讨论本文主题，旨在与同行探讨学习，共同进步。

关键词：无线传感器网络; 优化覆盖；

一、前言

1.无线传感器网络是由大量具有感知、计算和通信能力的微型传感器以自组织方式构成，其高密度部署(密度可高达20nodes/m 2 ) 的特点带来了严重的网络冗余问题。于是覆盖优化机制成为无线传感器网络应用的一个重要问题。目前已有很多学者对无线传感器网络覆盖优化机制进行研究并取得成果。研究了加权遗传算法和基于约束遗传算法的优化覆盖机制，计算出传感器网络充分覆盖指定区域所需的近似最优工作节点集， 只说明该算法应用的有效性而没有说明它应用的优越性;通过粒子群算法实现覆盖控制， 并分析了传感半径对覆盖性能的影响，但是其优化目标不考虑节点利用率所得到的优化结果不利于尽可能大的延长网络的生存周期。

2.本论文通过研究遗传算法的杂交和变异算子，得到具有混合杂交和间歇变异的改进的遗传算法，用于解决高密度部署的无线传感器节点集选问题。寻优的过程，混合杂交方法能有效地跳出局部极值点， 间歇变异有利于保存优秀模式，通过与粒子群算法、 模拟退火算法和遗传算法的仿真结果对比，表明该混合杂交方法可以获得更优秀的解，从而利用了最少的节点以达到尽可能高的网络覆盖率。

二、无线传感器网络相关模型

1 节点感知模型

目前， 领域内所研究的节点感知模型主要有两种，是布尔感知模型和概率感知模型，本文采用更符合实际环境的概率感知模型。设监测目标区域为二维的矩形区域，无线传感器网络中的节点集 S = {s 1 ， s 2 ， ． ． s n }，其中 s i 的坐标为(x i ，y i )，则节点 s i 对监测区域中任意一点 p 的感知概率为:

2.覆盖优化数学模型

保证最大化覆盖网络的同时努力减少传感节点的利用率， 即要考察两个目标:网络覆盖率函数和网络节点利用率函数。 本文可以通过加权这两个子目标函数转化为总体目标函数， 并将其作为算法求解问题的适应值函数，定义为:

其中 L = (a 1 ， a 2 ， …a N )， w 1 、 w 2 为子目标函数对应的权值， 满足 w 1 + w 2 = 1， 总体目标函数值介于 0 ～ 1 之间。

3.节点覆盖率

假设监测二维区域 A 被数字离散化为 m ×n个像素 , 并在该区域上投放参数相同的传感器节点数目为 N , 每个节点的坐标均已知 , 且感知半径均为 r, 通信半径均为R 。 为了保证网络连通性并兼顾无线干扰, 设置通信半径 R 为感知半径 r 的两倍, 即 R =2r [ 7] 。 用c i ={ x i ,y i ,r} 表示以节点坐标{ x i , y i } 为圆心 ,监测半径为 r 的圆 。 假设像素点坐标为( x , y) , 则目标像素点与传感器节点的距离为d( c i , p)= ( x i -x)2+( y i -y)2, 定义像素点被传感器节点所覆盖的事件定义为 r i , 则该事件发生的概率 P{ r i }即为像素点( x , y)被传感器节点 C i所覆盖的概率 , 考虑监测环境和噪声干扰 , 传感节点测量模型在实际应用中呈一定特性的概率分布,即 :

为提高目标测量概率 , 需采用多个传感节点同时测量目标 . 联合测量概率如下:

三、异构网络的覆盖控制技术

关键是设计出能有效减少彼盖冗余的控制算法本文由 p Z p对等网络中自组织任务调度拓扑结 构 K + 树生成原则 7 I ] , 联想到对于网络拓扑结构为星一网混合网络构成的无线传感器网络可利用K + 树的算法来动态形成自组织和自适应的网络拓扑结构 , 以达到优化控制的目的 。 p Zp对等网络中 K + 树模式提出了协调者 p e c r ,工作者 p e e 拜口备份协调者的概念。此思想与无线传感器网络中工作节点 ,邻 居节点 , 和冗余节点间轮换参与工作脉眠状态的思想是等效的。因此K十树网络拓扑模式的思想可移植于对 无线传感器网络拓扑结构的研究中 , 关于此模式的探讨有待进一步深入的研究。

综上，不难看出，目前无线传感器网络的优化被盖控制技术手段主要是通过优化节点调度和优化网络态 拓扑结构两种方法来提高网络被盖性能，延长网络寿命的。

四、结语

通过对监测平面进行直线采样，对采样直线的覆盖进行优化。根据直线段与平面感 知圆的交点坐标之间的关系，以提高网络覆盖率和 节点移动距离最小为优化目标，建立二次优化的数 学模型，在节点移动距离最小的情况下达到对直线 段的最优覆盖。多条采样直线段可以达到最优覆盖 时，资源的无线传感器网络,进一步的覆盖控制协议和算法有待更深入的研究和讨论。

参考文献

1.大规模无线传感器网络覆盖优化算法_仲元昌

2.基于改进鱼群算法的无线传感器网络覆盖优化_兰慎

3.无线传感器网络覆盖优化控制技术分析_程娟

4.无线传感器网络覆盖优化算法研究_林梅金

5.无线传感器网络中的覆盖优化算法_仲元昌

6.无线传感网络覆盖的粒子进化优化策略研究_林祝亮

7.异构无线传感器网络覆盖优化算法_杜晓玉

论文作者:何粤相

论文发表刊物:《基层建设》2016年32期

论文发表时间:2017/1/18

标签：节点论文;  传感器论文;  网络论文;  算法论文;  概率论文;  拓扑论文;  模型论文;  《基层建设》2016年32期论文;