13、基于Voronoi图的无线传感器网络连通覆盖集构建方法

基于Voronoi图的无线传感器网络连通覆盖集构建方法

1. 引言

随着微传感器、无线网络和嵌入式处理技术的发展，无线传感器网络（WSN）在环境监测、生物攻击检测、战场感知和监视等商业和军事领域的应用日益广泛。在大规模无线传感器网络中，能源是最为宝贵的资源。这主要是因为：一方面，传感器节点通常依靠电池供电，且由于成本和尺寸限制，电池能量有限；另一方面，由于网络中传感器节点数量众多，或者部署环境危险恶劣，往往难以对电池进行充电或更换。因此，通过合理调度传感器节点的活动来节省能源，从而延长网络寿命，成为无线传感器网络设计中最为关注的问题。

节点调度是实现这一目标的有效方法，它通过让部分传感器节点处于活跃状态，而将其他节点置于低功耗睡眠状态，以降低能耗。然而，以往大多数关于节点调度的研究仅考虑了传感覆盖问题。本文同时考虑传感覆盖和通信连通性，旨在解决无线传感器网络中构建最小连通覆盖集的问题。我们提出了一种基于集中式Voronoi图划分（CVT）的算法，用于选择最少数量的活跃传感器节点，以完全覆盖感兴趣区域（ROI）。当传感器节点的通信半径至少为其传感半径的两倍时，所构建的传感器集是连通的。对于CVT算法无法保证网络连通性的情况，我们设计了一种基于Steiner最小树（SMT）的算法来确保网络连通性。最后，通过数值实验评估了所提出算法的性能。

2. 相关工作

• Slijepcevic和Potkonjak提出了一种集中式启发式解决方案，用于解决寻找最大数量不相交传感器集的Set K - Cover问题。
• Ye等人提出了一种基于分布式探测的算法，以延长网络寿命。
• Tian等人提出了一种分布式传感器调度方案，利