能量收集异构定向传感网络的最小成本目标覆盖

刘永攀，王 然

(杭州电子科技大学 计算机学院，浙江 杭州 310018)

定向传感器网络(Directional Sensor Networks，DSN)[1-4]在生活中具有广泛的应用，包括目标监视、入侵检测、环境监测、目标检测、目标跟踪等。定向传感器的监测范围由传感器的监测半径、监测夹角和监测方向共同决定，这使得DSN的应用比全向传感器网络的应用更为复杂。在无线传感网络(Wireless Sensor Networks，WSN)中，传感器节点由能量有限的电池供电。如果传感器不能充电，则需要部署额外的传感器或频繁更换电池以保证网络正常工作。早期研究大多没有考虑能量补充[5-7]。随着能量获取技术的出现，传感器可以从其周围的环境中捕获各种可再生能源[8-9]，例如太阳能、风能和热能，来延长WSN的生命周期。然而，在实践中，传感器的能量消耗率通常要高于充电速率[10]。因此，传感器节点需要通过能量平衡操作才能实现网络的持续运行[10-12]。不同地点可能会因为建筑障碍物、树荫等因素而导致能量采集率各不相同[13]。因此，高效低成本地利用外部能源为传感器充电来保证网络的永久运行是一个重要的研究课题。

目前，使用太阳能充电的目标覆盖问题已经引起了人们的关注。部分研究人员探究了不考虑连通性的太阳能充电的目标覆盖问题[11，13-15]。文献[11]将最少节点部署问题表述为一个整数线性规划，并提出了3种近似算法来求解。文献[13]考虑了将太阳能充电和无线充电技术结合，通过两者优势互补来提高监测的覆盖质量。在实际应用中，采集到的数据需要传输到基站，因此保证网络的连通性就显得至关重要。……