优化无线传感器网络连通覆盖的遗传算法与MST策略

本篇论文主要探讨了一种针对无线传感器网络的覆盖集连通算法。作者武文斌来自哈尔滨工业大学电气工程系，研究的焦点在于解决无线传感器网络中关键的问题——如何确保网络中任意两个节点之间的通信连通性，尤其是在节点通信半径与感知半径的关系下，如何构建最小覆盖集的同时保持连通性。 首先，论文强调了无线传感器网络连通性的基本概念，即节点能够彼此通信是网络形成的基础。文章深入分析了连通性和覆盖的关系，提出了覆盖与连通的充要条件。核心发现是，当节点的通信半径大于或等于2倍的感知半径时，通过遗传算法可以构建出连通的最小节点覆盖集。然而，当通信半径小于这个阈值时，传统的选择可能不保证连通性。 为了弥补这一不足，作者引入了最小生成树(MST)的概念，设计了一种基于MST的连通算法。该算法用于计算在最小节点覆盖集中添加额外辅助节点以确保连通性的策略。这样做的目的是确保在有限的单节点通信半径和监视半径条件下，网络能够有效地收集信息并保持通信畅通。 论文进一步定义了无线传感器网络中的通信图和连通性，以及覆盖集和连通覆盖集的概念。通信图是通过传感器节点形成的无向图，而连通覆盖集则是既覆盖目标区域又保证通信连通的节点集合。作者关注的核心问题是找到在最小覆盖集的基础上实现连通性的优化策略。 最后，作者提出了一个问题描述，即在实际应用中，如何在满足覆盖的前提下，确保节点间的通信路径存在，从而保证整个网络的连通性。通过最小生成树算法，作者提供了解决这一问题的方法，并对关键条件进行了证明。 总结来说，这篇论文贡献了一个实用的算法，它能在无线传感器网络的部署中兼顾覆盖和连通性，这对于许多实时监测和数据采集应用具有重要意义。该研究对于优化无线传感器网络的结构和性能具有重要的理论价值和实践指导意义。