基于市场竞争行为的无线传感器网络连接与覆盖

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1、http://www.paper.edu.cn基于市场竞争行为的无线传感器网络连接与覆盖王德胜，彭力江南大学通信与控制工程学院，江苏无锡(214122)E-mail：wondertion@163.com摘要：本文通过研究人类社会市场竞争行为，针对无线传感器网络连接与覆盖问题，提出了一种新的分布式算法。该方法把传感器网络中的节点类比为市场竞争中的经济主体，把目标监测区域类比为经济资源，把对传感器网络所做的优化配置类比为市场竞争行为对经济资源的优化配置。将人类社会经济活动中通过市场竞争实现资源的优化配置的方法应用到无线传感器网络的节点部署，降低节点的计算量、移动距离

2、及信息复杂度，以提高无线传感器的行动效率，并间接达到省电的目的。实验结果证明了方法的有效性。关键词：无线传感器网络，连接与覆盖，市场竞争1．引言无线传感器网络可通过自动配置实现在大范围内收集、处理和发布复杂的环境数据，在民用和军用方面具有极高的实用价值。因此近年来，关于传感器网络的研究议题受到广泛的[1,2]、[3]重视。这些问题包含媒体存取控制(Mediumaccesscontrol)节省电源(powersaving)、网[4][5]络的资料传送路径(routing)之方式、网络的覆盖问题(coverage)、目标追踪(target[6][7]tracking

3、)、网络的连接强度等。对于无线传感器网络，连接与覆盖是两个相当重要的基本问题,国内外专家、学者已经做了大量的研究工作。Zhou等利用动态规划(dynamicprogramming)的技巧，在现存的传感器网路上，利用移动[7]最少传感器的方式，来提高最大覆盖范围及最大连接强度。他们的方法是集中式的方法，且他们考虑的传感器需配置GPS。故一旦网路在部署后，传感器因整个网络不连接，而导致无法将信息传递到服务器的话，将会被视为无用的传感器，将有可能浪费大量有用的传感器。Wang等提出竞标通讯协议(biddingprotocol)使得传感器得以从高密度(densearea

4、s)的地[8]区移动到低密度(sparseareas)的地区。在此竞标通讯协议中，静态的传感器会侦测出未被覆盖区域称为coveragehole。各行动式传感器竞标某个coveragehole，使得其覆盖效果最高。此种方法有可能造成错误的移动，而浪费电源。Heo和Varshney利用行动式传感器提出一个布置(deployment)算法，使得布置的质量较好[9]但又不需耗费太多的电源。[10]Wang等提出了proxy-basedsensordeployment方式来分布式地解决覆盖问题。其概念是为达到省电的考量，先利用逻辑移动(logicalmovement)来代

5、替实体多次错误移动，直到目标地点确定了，传感器才开始真正移动。他们并未考虑整个传感器网络不连接时该如何作到逻辑移动。此算法的缺点是会增加信息复杂度(messagecomplexity)。Huang等在考虑覆盖效果下，提出如何利用行动式传感器将传感器分成较多的分离集合[11](disjointset)。同一集合只需要一个传感器运作，因此同一集合其它的传感器，可以进入休眠状态以达到省电的目的。我们发现，在人类社会经济活动中，通过市场竞争，可实现资源的优化配置。若一个经济主体依据杰出的管理才能使原来掌握的资源产生了优异的经济效益，这个经济主体就能掌握更大的经济资源。否

6、则，这个经济主体将减少对原来经济资源的掌握。此种特性，有助于我们有效解决移动传感器网络上的连接与覆盖问题。-1-http://www.paper.edu.cn我们将人类社会的市场竞争行为应用在分布式无线传感器网络的连接与覆盖，对无线传感器网络进行自组织配置。我们的研究有以下的特点：1.模拟市场竞争行为配置无线传感器网络，降低节点的计算量、移动距离及信息复杂度，以提高无线传感器的行动效率，并间接达到省电的目的。2.我们解决此问题的方式将采取分布式的网络运作方式。我们考虑的无线传感器，仅参考部分的信息便自主地移动，使得整个网路是连接在一起的并覆盖目标区域。并不需要一

7、个集中所有信息的服务器来下达移动的指令。同时也是为克服当网络不连接时，所有传感器的坐标位置将无法收集提供分析的困境。3.考虑到无线传感器网络中，只有一部份(并不需全部)的设备拥有行动的能力。如此可降低建置成本。2．定义或背景我们所假设的一个环境，是将一群传感器（包含可移动的和不可移动的，所有的传感器都具有GPS）撒入我们所希望感测监控的区域。接着透过无线电波传送信息，架构成一个区域网络。此区域网络可以透过一个Sink当作此感测网路和外界的桥梁。所有传感器搜集到的信息都会先汇集到Sink，再由Sink将信息以卫星、Internet或是其它方式传送给远方的使用者或服

8、务器。这些被撒入目标区域