基于移动节点的栅栏覆盖问题研究

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栅栏覆盖问题指的是能够有效检测到入侵者穿越边界或者渗透到被保护区域的问题。栅栏覆盖由于不需要全部覆盖,一般只需要覆盖所有可能的入侵轨迹或者被保护的边界,在现实中,具有很强的实际应用价值。线性栅栏覆盖问题是栅栏覆盖问题中被研究最多的一类问题,指的是传感器节点最终被移动形成一条线性的栅栏上的覆盖问题,是很多其他栅栏覆盖问题的研究基础。  基于节点最大移动距离最小化的线性栅栏覆盖问题指的是在节点形成线性栅栏覆盖的同时,在所有移动的节点中,最大移动距离最短。然而,经过分析发现,在线性栅栏覆盖问题中,节点实际上无需都移动到目标栅栏所在的直线上,而只需要最终移动到该目标线性栅栏附近指定位置即可。此种移动方法,可以显著减少节点最大移动距离最小化的线性栅栏覆盖问题中最大移动距离的最小值。此外,当部分节点失效时,这种移动方式也可以显著降低再次移动所需的最大移动距离。  本文首先概括了栅栏覆盖问题的相关研究现状,综述了栅栏覆盖问题的相关模型,介绍了最大移动距离最小化在栅栏覆盖问题中的研究现状,并结合本文的发现,重新分析了线性栅栏覆盖问题,给出了栅栏覆盖状态的几种可能情形。基于覆盖状态的分析结果,本文提出了一种改进式的线性栅栏覆盖算法UL-LBC。UL-LBC算法采用一种贪心算法来验证每个移动距离是否可行,算法执行时按照每次从左到右的顺序,依次移动节点来延伸覆盖的栅栏,最后实现对栅栏的全覆盖(如果存在可行解的话)。最终通过查找所有可行的移动距离中的最小值,找到节点最大移动距离最小化的线性栅栏覆盖问题的最优解。本文给出了UL-LBC算法的详细设计过程,推导了算法的最优性。理论分析显示,UL-LBC算法的时间复杂度为O(n2log2|M|),其中n代表网络中的传感器节点数,M代表可能的移动距离的上界。仿真结果表明,与已有工作相比,UL-LBC有明显优势,可以显著减少线性栅栏覆盖中的节点最大移动距离、延长网络寿命。
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