无线传感器网络中的一种虚拟力算法研究

胡 汀

（湖南广播电视大学信息学院 湖南 长沙 410004）

1 引言

无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN）是由大量静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，实现了数据的采集、处理和传输三种功能，被广泛应用于军事、救灾、工农业生产等领域[1]。无线传感器网络内传感器节点主要有三种部署方式：确定位置的节点部署、随机抛洒且位置固定不定的节点部署和随机抛洒且节点可移动的部署。目前，采用随机抛洒且节点可移动部署的无线传感器网络最多，因为这种无线传感器网络使用灵活，适用面广。但是，这种部署方式却存在节点不均匀、容易形成覆盖空洞等问题。

Zou等[2]最早提出虚拟力算法（virtual force algorithm，VFA），将虚拟力的概念应用于节点的动态分析，节点之间的受力取决于节点之间的距离，却没有考虑节点的移动出界等问题。Howard等[3]把势能概念运用到虚拟力的分析中，实现了恶劣环境下的网络覆盖，却没有充分考虑网络的连通和算法的收敛。Chen等[4]提出了改进的虚拟力算法，对传统虚拟力模型进行了一定程度上的改进，却没有考虑传感器网络范围内的障碍物问题。REN等[5]比较了四种虚拟力模型，对各个参数进行了性能测试，也没有考虑传感器网络范围内的障碍物问题。针对以上虚拟力模型与算法的研究，本文提出了一种改进的虚拟力模型，确保无线传感器节点不会移动出界。

2 虚拟力算法的基本原理

虚拟力算法在无线传感器网络中的使用，是将物理学力学势场中的万有引力概念引用至无线传感器网络，网络中的所有节点抽象成力学势场中的粒子，那么传感器节点之间将存在着虚拟作用力（以下简称虚拟力）的作用，虚拟力可能是两种不同的力，即：（1）吸引力；……