基於同調理論的無線感測器網路k重覆蓋若干算法研究

《基於同調理論的無線感測器網路k重覆蓋若干算法研究》是依託東南大學，由燕鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於同調理論的無線感測器網路k重覆蓋若干算法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：燕鋒
• 依託單位：東南大學

中文摘要

本項目擬深入研究基於同調理論的無線感測器網路覆蓋問題，通過對節點位置信息和節點間距離信息未知場景下的覆蓋空洞檢測、覆蓋空洞修復和覆蓋最佳化控制等算法的研究，能夠在無線感測器網路的k重覆蓋相關理論和關鍵技術方面有所創新。具體研究內容及目標是：利用同調理論中的Rips復形對無線感測器網路建模，提出高效的分散式Rips復形簡化算法，通過計算簡化後Rips復形的1階同調群的維數和最小生成元，得到覆蓋空洞的個數及其邊界節點；研究基於同調理論的覆蓋空洞修復算法，通過調節覆蓋空洞邊界節點的感知範圍和通信範圍，使得由邊界節點組成的新Rips復形中不存在覆蓋空洞，從而實現對覆蓋空洞的修復；提出基於同調理論的覆蓋最佳化控制算法，選擇出多組獨立節點覆蓋子集，讓每組節點輪流覆蓋，從而實現對目標區域的覆蓋最佳化，延長網路的生命周期。通過深入的理論分析、計算機仿真和必要的實驗，使所提算法將來能用於實際的無線感測器網路中。

結題摘要

無線感測器網路由於其在戰場監視、環境監測、精準農業等領域的套用而受到國內外學者的廣泛關注，在這些套用中，覆蓋是無線感測器網路的一個重要問題。本項目針對節點位置未知場景下的無線感測器網路，研究了“無線感測器網路覆蓋空洞檢測算法”、“無線感測器網路覆蓋空洞修復算法”和“無線感測器網路覆蓋最佳化算法”等內容，並通過仿真分析驗證了所提算法的可行性。具體研究內容包括：提出了基於節點間距離的無線感測器網路k-覆蓋空洞檢測算法，得到了覆蓋空洞的邊界圓周；提出了單純復形簡化算法，進而提出了基於同調理論的無線感測器網路k-覆蓋空洞檢測算法，分析了所提算法的複雜度和空洞檢測性能，結果表明所提算法可以準確檢測95%以上的非三角形空洞的邊界圓周；提出了利用移動節點，基於波達角的覆蓋空洞修復算法，通過與相關算法的性能進行比較，得出所提算法在空洞修復和節點移動的總距離方面具有更好的性能；利用單純復形簡化的思想，提出了基於復形擴張的無線感測器網路覆蓋最佳化算法，並通過仿真比較了所提算法與相關算法的性能，結果表明所提算法複雜度較低、覆蓋最佳化性能較好，能夠大大節省節點能耗從而延長網路生命周期。本項目通過深入的理論分析、計算機仿真以及相關的實驗，在無線感測器網路的覆蓋方面進行了探索性的研究，提出的若干覆蓋算法能夠最佳化網路的節點部署以及能耗，延長網路的生命周期，為將所提算法套用於實際的無線感測器網路提供了有力的理論支持。