17、RaceTrack：用于移动汇聚节点路由问题的近似算法

RaceTrack：用于移动汇聚节点路由问题的近似算法

1. 引言

随着廉价传感器节点的普及和无线技术的进步，传感器网络已广泛应用于大规模监测场景，如环境监测和生态系统监控。然而，随机部署在大面积监测区域的传感器节点可能无法形成全连通网络，除非节点数量达到一定规模。因此，如何从稀疏传感器网络中收集数据成为一大挑战。

一种可行的解决方案是控制移动汇聚节点（MS）访问每个节点。当 MS 进入节点的无线电范围时，它可以获取一定量的传感数据。遍历所有节点后，MS 将数据返回基站。不过，MS 辅助的数据收集面临节能问题，需要为 MS 规划一条最短路径，使其遍历所有传感器节点，这就是 MS 路由问题。

直观上，该问题可简化为旅行商问题（TSP）。许多关于传感器网络中受控移动性的文献采用了这种简化方法，但这些算法可能无法充分利用无线电范围。考虑无线电范围后，MS 路由问题可视为带邻域的旅行商问题（TSPN）的特殊情况。TSPN 是 TSP 的通用形式，是 NP 难题。目前，许多近似算法用于处理不同形状和关系的邻域 TSPN 问题，但对于大规模应用中的 MS 路由问题，计算时间长的算法可能并不理想。

本文提出了一种名为“RaceTrack”的快速近似算法，用于处理可能重叠的磁盘无线电范围的 MS 路由问题。排除 TSP 算法的计算时间，该算法可以在 O(n) 的优化时间内得到一个良好的近似解，比现有工作更快。

2. 相关工作

现有 TSPN 算法可分为两类：TSP 后算法和 TSP 前算法。
- TSP 后算法 ：先从邻域中选择替代点，再对这些点集应用 TSP 算法以生成最优路径。例如