Voronoi优化：无线传感器网络覆盖空洞修复策略

"无线传感器网络, 网络覆盖率, Voronoi, 覆盖质量, 覆盖空洞" 无线传感器网络是一种由大量微型传感器节点构成的自组织网络，广泛应用于环境监控、军事侦察等领域。由于其节点通常部署在特定区域，以收集和传输环境信息，因此网络的覆盖质量至关重要。然而，由于节点故障、能量耗尽或部署不均匀，可能会出现“覆盖空洞”，即某些区域无法被有效感知，这严重影响了网络的整体性能和服务质量（Quality of Service，QoS）。 基于Voronoi图的覆盖控制优化策略是一种有效的解决方法。Voronoi图是将平面分割成多个互不相交的多边形，每个多边形包含一个节点，且该多边形内的所有点都更接近于该节点而不是其他节点。在无线传感器网络中，每个Voronoi多边形代表了一个节点的感知范围，因此，Voronoi图可以直观地揭示网络覆盖情况。 本文提出的策略首先通过Voronoi图检测覆盖空洞，即那些没有对应节点的Voronoi区域。然后，它以提高网络覆盖率为目标，理论上分析节点感知范围和Voronoi多边形的位置特性，利用几何向量方法计算空洞面积，找出最佳的节点添加位置。关键在于找到既能有效填补空洞，又能最小化新节点数量的解决方案，以保持网络的连通性和资源效率。 仿真结果显示，该策略在减少网络总节点数量和感知重叠区域方面表现出色，减少了冗余数据采集和通信开销。同时，它的快速收敛性使得网络能够在较短时间内恢复到理想覆盖状态，提高了空洞修复效率。相比传统的覆盖控制算法，该策略具有更高的目标区域空洞修复率，从而实现了对网络覆盖的优化控制。 总结而言，基于Voronoi的覆盖控制优化策略是一种创新的方法，它通过精确的数学模型和算法设计，有效地解决了无线传感器网络中的覆盖空洞问题，提升了网络的覆盖质量和整体性能。这对于实现大规模、高效、可靠的无线传感器网络应用具有重要的理论和实践意义。