基于虚拟力的自组织覆盖算法

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1、第36卷第14期Vol.36No.14计算机工程ComputerEngineering2010年7月July2010·网络与通信·文章编号：1000—3428(2010)14—0093—03文献标识码：A中图分类号：TP301.6基于虚拟力的自组织覆盖算法邹磊，蔡自兴，任孝平(中南大学信息科学与工程学院，长沙410083)摘要：针对随机部署的无线传感器节点，提出一种基于虚拟力的自组织覆盖算法。将排斥力、引力、边界约束力这3种虚拟力作用于网络中的每个节点，使聚集在一起的节点分散开，引入节点间距离的阈值、边界节点与边界距离的阈值实现

2、对感兴趣区域的最大覆盖。实验结果表明，该算法在保证连通性的基础上有效扩大了覆盖区域，具有较强实用性。关键词：无线传感器网络；虚拟力；区域覆盖Self-organizationCoverageAlgorithmBasedonVirtualForceZOULei,CAIZi-xing,RENXiao-ping(SchoolofInformationScienceandEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410083)【Abstract】Thispaperpresentsaself-org

3、anizationcoveragealgorithmbasedonvirtualforceaimingattheWirelessSensorNetwork(WSN)nodeswhicharerandomlydeployed.Itutilizesthreekindsofvirtualforcesincludingrepulsiveforce,gravityandborderconstraintforceapplytoeachnetworknodetoseparatetheaggregatenodes,introducesthethre

4、sholdamongnodesandthethresholdbetweennodeandbordertorealizemaximizecoverageoftheinterestedarea.Experimentalresultsshowthatthisalgorithmcanvalidatecoverageareaeffectivelyonthebaseofensuringconnectivity,andithaswellutility.【Keywords】WirelessSensorNetwork(WSN);virtualforc

5、e;areacoverage1概述无线传感器网络(WirelessSensorNetwork,WSN)[1]是综合传感器技术、嵌入式技术、信息处理技术和无线通信技术的一个新兴计算机科学技术研究领域。由于不需要预先架设固定的基础设施，因此WSN具有部署快、灵活度高、抗毁性强等特点，特别适用于军事战场、受污染环境等危险区域。同时在生物医疗、智能家居、城市交通、空间探索等领域都具有潜在的使用价值。无线传感器网络节点的部署方式分为确定性部署和自组织部署2种。在一些未知或存在危险的环境中，确定性地部盖算法。2基于虚拟力的自组织覆盖算法2.1

6、基本模型定义传感器节点通常是随机散步在待监控区域内，存在大量的重复覆盖区域使得传感器节点不能充分发挥作用[5]。在SOCVF中，一个感兴趣区域中的每个节点都受到区域中其他节点的力的作用，如果节点之间的距离小于预先设定的阈值dbth，则这个力使这些节点相互排斥，使得节点不会聚集重复覆盖一个子区域。记一个节点Sj对Si处的作用力为Fij，则节点S受到的作用力合力为F，即ii署节点是不切合实际的，通常只能采取随机布置节点的方式，n在这种方式下，节点一般通过自组织部署达到对感兴趣区域Fi=åj=1j¹iFij(RegionOfInter

7、est,ROI)的覆盖。本文提出基于虚拟力的自组织覆盖算法(Self-OrganizationCoveragealgorithmbasedonVirtualForce,SOCVF)可以使随机放置的传感器节点对感兴趣区域的覆盖最大化。文献[2-3]指出，随机部署的每个节点都受到3个虚拟力的作用：(1)障碍物的排斥力；(2)由覆盖度引起的引力，引入这个力是为了保证节点不至于隔得太远，而使得对感兴趣区域达到一定的覆盖度；(3)节点之间的作用力。在文献[2-3]中，节点之间不直接通信，而是通过簇头来通信，所有信息都通过簇头来转发。文献[4]

8、提出一种分布式覆盖算法。在该算法中假设随机部署的节点都知道自己的位置信息，引入一个节点密度的概念来计算节点之间的虚拟力。本文综合以上2种算法的思想，提出基于虚拟力的自组织覆记节点Si(x,y)的邻居节点定义为jcL={"(S(x',