發(fā)布時(shí)間：2019-08-14 15:58

【摘要】：針對三維空間內(nèi)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor network,WSN)的覆蓋優(yōu)化問題,提出了一種基于Voronoi盲區(qū)的三維無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化算法(blind-zone centroid-based scheme in three dimensional wireless sensor network area,BCBS-3D).BCBS-3D算法對隨機(jī)部署的無線傳感器進(jìn)行Voronoi圖劃分,依據(jù)傳感器對應(yīng)的三維Voronoi多面體的覆蓋情況構(gòu)造盲區(qū)圖,將三維Voronoi盲區(qū)重心為候選優(yōu)化位置,最大化覆蓋監(jiān)測區(qū)域.仿真結(jié)果表明,在基于Voronoi圖的情況下,BCBS-3D算法在覆蓋率和平均移動(dòng)距離方面具有優(yōu)勢.
【圖文】：

了在節(jié)點(diǎn)初始隨機(jī)放置后利用虛擬力完成自動(dòng)部署的算法．在Li等［7］提出的VFA-3D算法中，除傳統(tǒng)虛擬力外，還加入了中央萬有引力和平衡力以便獲得更好的傳感器分布．魏寧等［8］提出的TD-VFA盲區(qū)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制部署策略，提高了傳感器初始隨機(jī)部署后的覆蓋率．筆者基于前期研究的Voronoi圖法［9］，在二維平面中尋找覆蓋盲區(qū)的優(yōu)勢以及三維球覆蓋模型與多胞形四面體的剖分方式，提出了基于Voronoi盲區(qū)的三維無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化算法(BCBS-3D)．1三維空間WSN覆蓋優(yōu)化模型1．1問題描述如圖1所示，在大小為L×W×H(長寬高)的三維平面監(jiān)測區(qū)域T內(nèi)，隨機(jī)部署N個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)S={s1，s2，…，si，…，sN}(i∈［1，n］)，si的感知范圍是以該節(jié)點(diǎn)為圓心，感知半徑為Ｒs、通信半徑Ｒc=2Ｒs的球形區(qū)域，用位置坐標(biāo)si(xi，yi，圖1三維傳感器部署Fig．1WSNdeploymentin3Darea

74鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版)2017年zi){si={p∈L×W×H|ds(p，si)≤Ｒs}表示，ds(p，si)為點(diǎn)p與si的歐氏距離，傳感器節(jié)點(diǎn)為同構(gòu)節(jié)點(diǎn)(感知半徑相同)．當(dāng)前節(jié)點(diǎn)si與鄰居節(jié)點(diǎn)［9］zi組成的節(jié)點(diǎn)集表示為Di={si，z1，z2，…，ze}．網(wǎng)格點(diǎn)位置記為tj=(xj，yj，zj)j，j∈［1，t］，網(wǎng)格密度影響覆蓋率CＲ的精確度．1．2基本概念空間離散化［10］:求解覆蓋率問題時(shí)，首先在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)構(gòu)造離散網(wǎng)格單元，如圖2(a)將三維感知模型映射到二維平面，可看到離散的網(wǎng)格單元邊界和實(shí)際邊界．若離散的網(wǎng)格單元邊界上某點(diǎn)與實(shí)際給定的邊界點(diǎn)重合，則實(shí)際邊界條件為離散的網(wǎng)格單元邊界條件，但實(shí)際情況下大部分邊界點(diǎn)不是實(shí)際邊給定的邊界，需要計(jì)算當(dāng)前傳感器節(jié)點(diǎn)si與網(wǎng)格點(diǎn)tj距離d(si，，tj)，若dsi≤Ｒs，則網(wǎng)格點(diǎn)tj被覆蓋，記為gtj=1，否則gtj=0．網(wǎng)格密度deta:網(wǎng)格密度為單位面積的網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)，反映了網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的疏密程度．如圖2(a)，將以S為球心Ｒ為半徑的傳感器投影到平面中，球體體積為4πＲ3/3，監(jiān)測區(qū)域是邊長為L的正方體，體積為L3，傳感器在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的覆蓋率為4πＲ3/3L3，現(xiàn)將對體積的求解轉(zhuǎn)化為計(jì)算在球體內(nèi)的網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)．當(dāng)空間離散化的網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)t越多，網(wǎng)格密度越大，則覆蓋率精度越高．公式t=(Ll+1)·(Wl+1)·(Hl+1)，表示網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)與監(jiān)測區(qū)域以及相鄰格點(diǎn)間距的關(guān)系;公式deta=tL·W·H，表示網(wǎng)格密度隨單位面積網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)的變化關(guān)系式，單位面積下網(wǎng)格點(diǎn)(實(shí)線交叉點(diǎn))上的實(shí)心圓個(gè)數(shù)越多，則網(wǎng)格密度越大．圖2(b)所示的網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)中，圓弧包圍的區(qū)域外的×表示不可被傳感器感知
【作者單位】： 江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61105128,61170119,61373055) 江蘇省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(BK20131106,BK20130161) 江南大學(xué)自主科研計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目資助項(xiàng)目(JUSRP51410B) 中國博士后基金資助項(xiàng)目(2014M560390)
【分類號】：TN929.5;TP212.9

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本文編號：2526657