基于融合算法的三维无线传感器网络覆盖优化*

孙爱晶， 王 磊， 朱鑫鑫

(西安邮电大学 通信与信息工程学院，陕西 西安 710121)

0 引 言

无线传感器网络(wireless sensor networks,WSNs)是一种具有自组织性、可靠性、可移动性、节点间可以通信的无线覆盖网络[1,2]。随着对WSNs在不同应用场景的研究，如安防部署问题、森林火灾检测、水下动态检测等三维的环境下，需对二维模型进行扩展从而构建合适的三维模型。文献[3]针对节点冗余、覆盖率等问题，利用改进的人工鱼群算法(artificial fish-swarm algorithm,AFSA)减少寻优时间获得最优部署方案。文献[4]基于虚拟力算法(virtual force algorithm,VFA)考虑多方面受力完善合力解决三维覆盖重部署问题。文献[5]利用传感器节点半径可调性结合VFA有效地实现三维覆盖。文献[6]针对覆盖空洞，基于AFSA提出采用自适应的视野和步长完成空洞修补。文献[7]基于VFA提出一种可变步长的策略优化WSNs节点部署问题。上述研究均有效解决了覆盖问题，但仍在能耗时间、覆盖复杂度等方面存在不足。

本文针对三维WSNs节点部署问题，建立三维覆盖模型，提出一种基于VFA与AFSA的融合算法获得最优部署模型，并有效提升网络覆盖率。通过VFA获得步长因子，再将步长因子添加至AFSA中各行为策略中，起到约束与规范作用，最终实现最优部署模型。

1 三维网络模型与问题模型

1.1 三维网络模型

本文采用二元感知模型[8]，在某个三维传感器场中，将位于(x,y,z)的S点和位于(i,j,k)的P点之间的欧氏距离dij(x,y,z)与传感器监测半径R进行比较。若dij(x,y,z)>R，则格点未被覆盖，表示为0；否则被覆盖，表示为1。

根据覆盖问题，在检测范围中的目标点可被采集信息，而超出覆盖范围将丢失目标点的信息。因……