無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)由大量在處理器、存儲空間、能量供應(yīng)、通信帶寬等方面資源有限的微小設(shè)備組成[1]。這些被稱為傳感器的微小設(shè)備可以對特定任務(wù)環(huán)境進(jìn)行感知，在網(wǎng)絡(luò)中將感知到的信息進(jìn)行處理，通過多跳無線通信方式與其他傳感器或接收器(也稱為數(shù)據(jù)采集節(jié)點)交換信息[2]。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如地震監(jiān)測、環(huán)境檢測、戰(zhàn)場監(jiān)視等[3]。

    覆蓋效果是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中衡量服務(wù)質(zhì)量的一個重要標(biāo)準(zhǔn)[4]。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的幾個重要應(yīng)用包括節(jié)點部署，如沿天然氣管道兩側(cè)部署監(jiān)測潛在破壞，在化工廠周圍部署檢測化學(xué)物品泄露，沿國家邊界部署監(jiān)視非法入侵等[5]。
    國內(nèi)外學(xué)者相繼開展對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署優(yōu)化的研究，為了優(yōu)化傳感器節(jié)點的移動，通過使用遺傳算法[6]、魚群優(yōu)化算法[7]和微粒群優(yōu)化算法[8]等人工智能算法提高網(wǎng)絡(luò)的整體覆蓋率，部署方案需要通過多次迭代計算得到，算法復(fù)雜度較高。參考文獻(xiàn)[9-11]提出基于虛擬力的部署算法，快速有效地實現(xiàn)無線傳感器節(jié)點的布局優(yōu)化，移動方案由節(jié)點之間相互位置關(guān)系計算獲得，受節(jié)點密度影響較大。對于存在大量固定節(jié)點的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，虛擬力算法可能無法突破固定節(jié)點虛擬力的限制，達(dá)不到全局優(yōu)化的目的。
    為了改善傳感器節(jié)點隨機部署時的不合理分布，提高監(jiān)測區(qū)域覆蓋率,本文以節(jié)點覆蓋率為優(yōu)化目標(biāo)，提出將移動過程分解為多個部分的節(jié)點移動方案，通過不斷增大節(jié)點間平衡距離，使節(jié)點逐漸移動到合適的位置，提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率，同時降低節(jié)點的移動距離。
1 感知概率模型
    假設(shè)二維平面監(jiān)測區(qū)域A被數(shù)字離散化為m×n個像素[6]，本文將第i個像素點pi被第j個傳感器節(jié)點sj所感知的事件定義為rij，該事件發(fā)生的概率P{rij}即為像素點pi被傳感器節(jié)點sj所感知的概率為P(pi,sj)，即:




    從圖1和圖2中可以得出，隨著節(jié)點個數(shù)增加，監(jiān)測區(qū)域的覆蓋率也增加，節(jié)點總移動距離增大。由于基本虛擬力與改進(jìn)虛擬力算法沒有較好地控制每次需要移動的位置，對于節(jié)點密集處移動的距離過大，所以對提高覆蓋率的幫助較小。本文算法根據(jù)節(jié)點間的平衡距離進(jìn)行移動，每次移動的距離較小，從而逐漸移動到最佳的監(jiān)測位置，每個移動過程中節(jié)點移動距離之和都不大，因而節(jié)點移動距離總和較小。

    本文提出了一種節(jié)點移動方案，將節(jié)點移動過程分解為多個部分進(jìn)行，每個部分中的節(jié)點根據(jù)平衡距離的大小和與鄰居節(jié)點位置關(guān)系判斷自己是否需要移動以及所要移動到的新位置，由于節(jié)點間平衡距離逐漸增大，因而每個移動過程中節(jié)點的移動距離均較小。仿真結(jié)果表明，該算法在提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，減少節(jié)點移動距離等方面，均優(yōu)于基本虛擬力算法和改進(jìn)虛擬力算法。
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