基于全局貪心的有向傳感器網(wǎng)絡(luò )覆蓋算法

摘要：針對分布式貪心算法(DGreedy)以傳感器節點(diǎn)的剩余能量為優(yōu)先級，節點(diǎn)處理順序沒(méi)有考慮相鄰節點(diǎn)間的關(guān)系對網(wǎng)絡(luò )覆蓋率的影響，從而影響覆蓋率的不足，在此提出了一種新的有向傳感器網(wǎng)絡(luò )覆蓋算法。基于全局貪心的原則，以節點(diǎn)一重覆蓋區域面積的大小為優(yōu)先級，優(yōu)先確定一重覆蓋區域面積最大的傳感器節點(diǎn)方向，從而保證傳感器網(wǎng)絡(luò )的一重覆蓋區域面積更大，重疊覆蓋區域較少。對比實(shí)驗結果表明，該算法能有效提高覆蓋率。
關(guān)鍵詞：有向傳感器網(wǎng)絡(luò )；全局貪心；一重覆蓋；Matlab

0 引言
覆蓋問(wèn)題是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的一個(gè)基本問(wèn)題，是近年來(lái)該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前多數覆蓋控制的研究成果都是基于滿(mǎn)足全向性感知模型的傳感器進(jìn)行的，但在實(shí)際應用中，許多有向傳感器，如視頻傳感器，已被廣泛應用于無(wú)線(xiàn)多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò )中。與基于滿(mǎn)足全向性感知模型的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )相比，有向傳感器網(wǎng)絡(luò )的覆蓋問(wèn)題更復雜，是該領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。
Ma等首先提出了有向傳感器網(wǎng)絡(luò )的概念，設計了一種有向傳感器感知模型，并研究了有向傳感器網(wǎng)絡(luò )的覆蓋完整性問(wèn)題。文獻等都采用了基于虛擬勢場(chǎng)的思想進(jìn)行有向傳感器網(wǎng)絡(luò )覆蓋控制。陶丹等在文獻中設計了一種方向可調的感知模型，并以此為基礎首先提出了基于虛擬勢場(chǎng)的有向傳感器網(wǎng)絡(luò )覆蓋增強算法，通過(guò)引入“質(zhì)心”的概念，將有向傳感器用質(zhì)心點(diǎn)代替，并將有向傳感器網(wǎng)絡(luò )的覆蓋問(wèn)題轉化為質(zhì)心分布問(wèn)題，質(zhì)心點(diǎn)在虛擬力的作用下運動(dòng)，消除感知盲區和重疊區。傳統基于虛擬勢場(chǎng)的有向傳感器網(wǎng)絡(luò )覆蓋增強算法只判斷和調整方向，節點(diǎn)的調整量為固定值，針對這一問(wèn)題，黃帥等在文獻中利用虛擬力與角度調整量間的關(guān)系，根據虛擬力的大小改變節點(diǎn)的角度調整量，提高了網(wǎng)絡(luò )的調整效率。但是，以上基于虛擬勢場(chǎng)思想的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )覆蓋方法，每個(gè)節點(diǎn)均需計算多個(gè)相鄰節點(diǎn)的合力，節點(diǎn)受力隨轉動(dòng)過(guò)程不斷變化，使得算法較復雜；且節點(diǎn)根據力矢量的大小和方向進(jìn)行轉動(dòng)，轉動(dòng)角度取值過(guò)小會(huì )增加調整時(shí)間，取值過(guò)大則會(huì )引起頻繁的計算和傳感方向的反復調整，且因合力未必為0，可能導致調整過(guò)程中角度往復震蕩。文獻提出了一種分布式貪心算法(DGreedy)，以傳感器節點(diǎn)的剩余能量為優(yōu)先級，每個(gè)傳感器基于局部貪心原則選擇工作方向，使傳感器網(wǎng)絡(luò )覆蓋盡可能大的區域。但是，DGreedy算法受傳感器節點(diǎn)處理順序影響較大，以剩余能量為優(yōu)先級的方法沒(méi)有考慮節點(diǎn)問(wèn)覆蓋區域的相互影響，從而影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的覆蓋率。
本文基于全局貪心原則，提出了一種有向傳感器網(wǎng)絡(luò )覆蓋算法。以節點(diǎn)各方向下一重覆蓋區域的大小為優(yōu)先級，優(yōu)先確定一重覆蓋區域面積最大的傳感器節點(diǎn)方向，保證了傳感器網(wǎng)絡(luò )的一重覆蓋區域面積更大，重疊覆蓋區域較少。對比實(shí)驗驗證了本文算法的有效性。

1 覆蓋算法
1．1 DGreedy算法
分布式貪心算法DGreedy由程衛芳等人提出，并應用于有向傳感器網(wǎng)絡(luò )覆蓋中。DGreedy假設傳感器節點(diǎn)不同方向的感應范圍互不重疊，4個(gè)可選方向的傳感器節點(diǎn)示例如圖1所示，圖中Si,j表示第i個(gè)傳感器的第j個(gè)方向。文中還假定所有傳感器節點(diǎn)具有相同的結構。給每個(gè)傳感器分配一個(gè)彼此不同的優(yōu)先級，并定義Gi,j表示節點(diǎn)Si的第J個(gè)方向上，沒(méi)有被更高級的感應鄰居所覆蓋的面積。