高效的移动sink路由问题的启发式算法

特 性 构 造 一 条 ｓ ｋ可 能 经 过 的赛 道 （ａｅｒｃ）然 ｉ ｎ ｒｃｔ ｋ， ａ
基金项 目：国家重点基础研 究发展 计划 （ ９ ３ “ ７ ”计划 ）基金资助项 目 （ ０ １ Ｂ ０ ６ １ ；国家 自然科学基金项 目 （ ００ ２４ ２ １Ｃ ３ ２ ０ ） ６９３２ ，
Ｆ ｕ ｄ ｔ ｎ Ｉ ｍｓ Ｔ ｅＮ ｔ ｎ ａｉ Ｒ ｓａｃ ｒ ｇａ ｏ ｈｎ （ ７ ｒ ｇ ａ ） ２ ｌ Ｃ ３ ２ ０ ） Ｔ ｅＮａ ｏ ａ Ｎ ｔｒｌ ｃｅ ｃ ｏ ｎ ａ ｉ ｅ ： ｈ ａ ｏ ａ Ｂ ｓ ｅ ｅ ｈＰ ｏ ｒｍ ｆ ｉ ａ ９ ３Ｐ ｏ ｒ ｏ ｔ ｉ ｌ ｃ ｒ Ｃ ｍ （ Ｏ １ Ｂ ０ ６ １； ｈ ｔ ｎ ｌ ａｕａ ｉｎ ｅ ｉ Ｓ Ｆ ｕ ｄ ｔ ｎｏ ｈ ｎ ６ ９ ３ ２ ， ０ ０ ２ ３ ｏ ｎ ａｉ ｆ ｉ ａ（０ ０ ２ ４ ６ ９ ３ ２ ） ｏ Ｃ
一
能够简 单地 规 约成 一个旅 行 商 问题 （Ｓ ）传感 器 网 Ｔ Ｐ。
络 中许 多关 于 移 动性 控 制 方 面 的研 究 也 正 是 利 用
般 几 百甚 至 上千 ， 间复 杂度 过 高 的算法 不 受欢 时
了这 种规 约 ，例如 Ｒ ＶＴ 算法 与 Ｐ Ｓ算法 。 Ｄ． Ｂ Ｊ
（．国防 科学 技术 大学 计算机 学 院 并 行与 分布 式处 理 国家重 点 实验 室 ，湖南 长沙 ４０ ７ ： １ １０ ３
２ ．国防科 学技 术 大学 计算机 学 院 软 件所 ，湖 南 长沙 ４０ ７ ；３ 湖 南 师范 大学 计 算机 教 学部 ，湖 南 长沙 ４ ０ ８） １０ ３ ． １０ １
ｒ ｎ ｅ ｆｔｅ ｓ ｎ ｏ ｏ ｅ ， ａ ｇ ｓ ｏ ｅ ｓ ｒｎ ｄ ｓ ｗｈ ｃ ａ ｅ ｍｏ ｅｅ ｓ ｐ ｓ ｉ ｌ ｖ ｒａ ｐ ｄ ｄ ｓ ｓ ｗｉ ｉ ｅ ｓ ｉｅ ． ｈ ｓｋ ｎ ｆＴＳ Ｎ ｈ ｉｈ Ｃ ｂ ｄ ｌｄ ａ ｏ ｓｂ ｙ ｏ ｅ ｌ ｐ ｅ ｉｋ ｔ ｄ ｖ ｒ ｅ ｓｚ ｓ Ｔ ｉ ｉ ｄ ｏ Ｐ ｎ ｈ ｐ ｏ ｌｍ ａ ｏ ｐ ｌ ｎ ｍｉ ｌａｇ ｒｔ ｍｓ ｓ ａ ． ｏ ｈ ｄ ｅ ｉ， ｏ ｅ ｐ ｒ ｘ ｍ ａｉ ｎ ａｇ ｒｔ ｍ ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ ， ｉ ｈ ｆｒｔ ｒｂｅ ｈ ｓｎ ｏｙ ｏ ａ ｏｉ ｌ ｈ ｏ ｆ Ｔ ａ ｌ ｔ ａ ｎ ｖ ｌａ ｐ ｏ ｉ ｔ ｏ ｉ ｒ ｎ ｏ ｌ ｈ ｗａ ｒ ｐ ｓ ｄ ｗｈ ｃ ｓ ｉ ｏ ｍｓａ“ ａ ｅ ｒ ｋ ｙ ｕ ｌ ｎ ｏ － ｅ ｓ ｃ ｎ ｐ ｐ ｏ ｅ ｙ ｏ ｆ ｒ ｒ ｃ ｔ ｃ ”ｂ ｔ ｉ ｉ ｇ ｔ ｅｎ ｎ ｉ ｔｒ ｅ ｔ ｇ ｌｏ ｒ ｐ ｒ ｆ Ｐ ｒ ｕ ｅ ， ｄ ｔ ｅ ｒ ｕ ｈ ｔ ｅｉ ｎ ｒ ａ ｅ ｈ ｕ ｓ ａ ｉ ｚ ｈ ｎ ｉ ｏ ｔ ＴＳ ｔ ｓ ａ ｎ ｔ ｏ ｇ ｎ ｅ ｏ ｎ ｈ ｈ ｈ ｌ ｅ ｒ — ｎ ｉ
ｌｍ ｅ ｅ ａｄ ｄａ ｓ ｅ ｉ ｓ ｆ Ｓ ｉ ｅ ｈ ｏ ｈ ｏ ｓ Ｔ Ｐ ｐ ｏ ｌ ｓ ｃ ｅ ｅ ｈ ｏｈ ｏ ｓ ｅ ｅ ａ ｉ ｅ Ｃ ｂ ｇ ｅ ａ ｐ ｃ ｌ ａ ｅ Ｐｗ ｔ ｎ ｉ ｂ ｒ ｏ ｄ （ Ｓ Ｎ） ｒｂｅ ｉ ｅｔ ｉ ｂ ｒ ｏ ｄ ｄｏ ｎ ａ ｒ ｒ ｓ ａｃ ｏ Ｔ ｈ ｇ ｍ， ｎ ｈ ｎ ｇ ｒ ｈ ａ ｔ ｒ
Ｅｆ ｃｅ ｔｈ ｕ ｉｔｃａ ｇ ｒ ｔ ｍ ｏ ｅ ｍ ｏ ｉ ｉ ｋ ｒ ｕ ｉ ｇ ｐ ｏ ｌ ｍ ｉ ｆ ｉ ｎ ｅ ｒｓ ｉ ｌ ｏ ｉｈ ｆ ｒｔ ｂ ｌ ｓｎ ｏ ｔ ｒ ｂ ｅ ｈ ｅ ｎ
Ｙ ＵＡ Ｎ ａ Ｐ ｙｕ ｎ ， ＥＮ Ｇ — ｉ ｇ ， ａ ．ｈａ Ｙｕ ｘ ｎ ＬＩＳｈ ｎ ｓ ｎ２ ＴＡＮＧ ｅ ｓ ｅ ｇ Ｗ ｎ．ｈ ｎ
国 内外 学者 们提 出了很 多近似 算 法 。其 中针对 圆盘
区域 的算 法 主 要 讨 论 了 不 重 叠 但 大 小 各 异 的 圆盘 区域 Ｉ或 者 重叠 但 等 大 小 的圆 盘 区域 ［２ 种特 殊 情 ６ Ｊ ７ １ 况 ， 移动 ｓ ｋ路 由 问题 中 的圆盘 区域 既大 小各 异 而 ｉ ｎ
第３ ２卷第 １ Ｏ期
２１ ０ １年 １ ０月
通
信
学
报
Ｖｂ ＿２ ｌ Ｎｏ １ ３ ．０ ０ ｃ ｏ ｅ ０１ ｔ ｂ ｒ２ Ｉ
Ｊ ｕ ａ ｎＣｏ ｍ ｕ ｉ ａｉ ｎ ｏ ｍｌ ｏ ｍ ｎｃ ｔ ｓ ｏ
高效 的移动 ｓ ｋ路 由问题 的启发 式算法 ｉ ｎ
袁远 １ 彭宇行 ，李姗姗 ，唐丈胜 。
在这 篇 文章 中 ， 出 了一种 新 颖 的 启发 式算 法 来 解 提 决移 动 ｓ ｋ路 由 问题 ，取 名 为 “ ａ ｅ ｒｃ ” ｉ ｎ Ｒ ｃ Ｔ ａｋ 。该 算 法特 点在 于 先 从传 感 器 节 点所 在 位 置构 造 一 条 Ｔ Ｐ路 径 ，再 利 用 Ｔ Ｐ路 径 为 不 白交 环 路 的 几 何 Ｓ Ｓ
，
（ ．ＤＬ， ｌｅ ｅｏ １Ｐ Ｃｏｌｇ ｆＣｏ ｕｅ， ｔｏ ａ Ｕｎｖｅｓｙｏ Ｄｅｅ ｓ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ Ｃｈ ｎ ｓ ａ４ ０ ７ ， ｉａ ｍｐ ｔｒＮａｉｎ ｌ ｉ ｒｉ ｆ ｆｎ ｅ ｃ ｎ ｌｇ ， ａ ｇ ｈ １ ０ ３ Ｃｈｎ ； ｔ
２Ｉ ｓｉ ｔ ｆ ｏ ｗａ ｅ Ｃｏ ｌｇ ｆ ｍｐ ｔｒ Ｎａｉ ｎ ｌ ｉ ｅ ｓｔ ｆＤｅ ｓ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｃｈ ｎ ｓ ａ４１ ０ ３ Ｃｈ ｎ ； ． ｔ ｕ ｅｏ ｆ ｒ ， ｌ ｅｏ ｎ ｔ Ｓ ｔ ｅ Ｃｏ ｕ ｅ ， ｔ ａ ｖ ｒ ｉ ｏ ￣ｎ ｅＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ， ａ ｇ ｈ ０ ７ ， ｉ ａ ｏ Ｕｎ ｙ
摘
要：移动 ｓ ｋ最短路 由问题可 以看作是带邻近 区域 的旅行 商问题 （Ｓ Ｎ 的一个特 例 ， ｉ ｎ ＴＰ） 其邻近 区域 为随机部署
的传 感器节点的无线通信范 围，可建模成大小各异并且存在重叠 的圆盘 。由于 目前还不存在 多项式 时间算法来解 决该种 Ｔ Ｐ 问题 ，提 出了一种 新颖 的启发式算法 。它利用 Ｔ Ｐ路径为不 自交环路 的特性构造一条赛道，通过 内 ＳＮ Ｓ 圈启发式、弯道启 发式以及 捷径搜索在 Ｏ（ ｎ）时间复杂度 内找 出赛道 内的近似最短路径 。形式化证 明和大规模模 拟 实验都验证 了该算法较 同类算法能够更 高效地 找出较优 的近似解 。 关键 词：传感器 网络 ；移动 ｓ 路 由：数据收集 ；Ｔ Ｐ ｉ ｋ ｎ Ｓ Ｎ 中图分类号：Ｔ ３ ３ Ｐ ９ 文献标 识码：Ｂ 文 章编号 ：１０ ．３ Ｘ（０ １１— １７１ ０ ０４ ６ ２ １）００ ０ —１
又 存在 重 叠 ，这 种 情况 是 Ｔ Ｐ 问题 中的新 难 点 ， ＳＮ 目前还 没 有专 门针对 该难 题 的 高效算 法 。由于重 叠 邻 近 区域 的 Ｔ Ｐ 问题 已经 被证 明了是 ＡＰ — ａｄ ＳＮ Ｘ Ｈ ｒ
的【，并且 在传 感 器 网络 应用 中，部 署 的节 点数 目 ８ Ｊ
ｔ ， ｅ ｄ］ ｕ ｓ ｃａ ｄｔｅｓｏ ｔｕ ａｃ ｎ ，ｈ ｌ ｏ ｔ ｍ ａｌ ｎ ｐ ｒｘｍａ ｏ ｏｕ ｏ ｔｉ ｎ ） ｏ ｕａ ｉ ｍｅｂ ｎ ｈ ｒ ｔ ｎ ｈ ｒｃ ｔ ｅ ｈ ｇ ｔｅａｇ ｒ ｃ ｅｉ ｉ ｈ ｓｒ ｉ ｉ ｈ ｃ ｌｆ ｄａ ａ ｐ ｏ ｉ ｔ ｎｓ ｌｔ ｎｗｉ ｎＯ（ ｃ ｍｐ ｔ— ｉ ｎ ｉ ｉ ｈ
３ Ｄｅ ａｔ ｅ ｔ ｆ ｍｐ ｔｒ ｅ ｃ ｉｇ Ｈｕ ａ ｒ ｌ ｉｅｓｔ， ａ ｇ ｈ １ ０ １ Ｃｈｎ ） ． ｐ ｒ ｎ ｍ ｏ Ｃｏ ｕｅ ａ ｈｎ ， ｎ ｎＮｏｍａ Ｕｎｖ ｒｉ Ｃｈ ｎ ｓ ａ４ ０ ８ ， ｉａ Ｔ ｙ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ａｇ — ｃ ｌ ｎ ｔ ｎｎ ｅ ｉ ｎ ｒ ｎ ｏ ｙ ｄ ｐ ｏ ｅ ｒ ｌ ｓ ｅ ｓ ｒｎ ｔ ｒ ｓ ｙ ｎ ｔ ｅｆ ｌ ｏ ｎ ｃｅ ｔ ｓｒ ｃ ： ｎ ｌ ｒ ｅ ｓ ａｅｍｏ ｉ ｏ ｇ ｒ ｇ ｏ ， ａ ｄ ｍｌ ｅ ｌ ｙ ｄ ｗｉｅｅ ｓｓ ｎ ｏ ｅｗｏ ｋ ｍａ ｏ ｕ ｌ ｃ ｎ ｅ ｔｄ ｗｉ ｂ ｙ ｈ ｈ ｇ ｒ ｂ ｂ ｌ ｙ Ｕｓｎ ｂ ｌ ｉ ｋ ｆ ｒｄ ｔ ｏ ｌ ｃ ｏ ｓｏ ｅｏ ｅ ｆ ａ ｉ ｌ ｏ ｕ ｏ ｓ Ｍ ｏ ｉ ｉ ｈ ｒ ｓ ｒ ｕ ｎ ｒ ｂ ｉ ｈ ｐ ｏ ａ ｉ ｔ ． ｉ ｇ ｍｏ ｉ ｓｎ ａ ａｃ ｌ ｔ ｎ ｉ ｎ ｆ ｅ ｓｂ ｅ ｓ ｌ ｔ ｎ ． ｉ ｅ ｏ ｅｉ ｈ ｔ ｉ ｂ ｌ ｓｎ ｓ ｏ ｔ ｔ ｏ ｔ ｇ ｐ ｏ — ｅ ｋ ｅ ｉ
ｔ ｎ ｔ ． ｈ ｒ ｌ ｒ ｏ ｓａ ｄ ｔ ｅ ｌ ｇ —ｃ ｌ ｉ ｌｔｏ ｓａｌｖ ｒ ｙ ｔ ａ ｕ ｌ ｏ ｔ ｍ ａ ｃ ｉ ｖ ｏ ｄ ａ ｐ ｏ ｉ — ｉ ｍｅ Ｔ ｅ ｆ ｍａ ｐ ｏ ｆ ｏ ｉ ｏ ｎ ｈ ａ ｅｓａｅｓ ｒ ｍｕ ａ ｎ ｅ ｆ ｔ ｒａｇ ｒｈ Ｃ ａ ｈ ｅ ｅ ａ ｇ ｏ ｐ ｒ ｘ ｍａ ｉ ｌ ｉ ｈ ｏ ｉ ｎ ｔ ｎｒ ｔｏａ ｄ ｃ ｎｂ ｉ ａ ｎ ａ ｅｍｏ ｅｅ ｃｅ ｔ ａ ｔ ｅｒ ｌｔ ｄ ａｇ ｒ ｈ ｓ ｏ ｉ ｒ ｆ ｉ ｎ ｔ ｎ ｈ ｅａｅ ｌ ｏ ｔ ｍ ． ｉ ｈ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ 、ｉｅｅ ｓｓ ｎ ｏ ｅｗｏ ｋ ； ｂ ｌ ｉ ｏ ｔ ｇ ｄ ｔ ｏ ｌ ｃ ｏ ； Ｐ ｙ ｗｏ ｄ ：￣ ｒ ｌ ｓ ｅ ｓ ｒ ｔ ｒ ｓ ｍｏ ｉ ｓｎ ｒ ｕ ｎ ； ａ ａｃ ｌ ｔ ｎ ＴＳ Ｎ ｖ ｎ ｅ ｋ ｉ ｅｉ
这些 工作 为 了简化 问题 ，忽 略 了无 线通 信 范 围，都 假设 ｓ ｋ 有移 动到传 感器 节 点 的位 置 上才 有数 据 ｉ 只 ｎ 的交 互 。事 实上 ，如 图 １ 示 ，利用 无 线通信 范 围 ， 所 ｓ ｋ的路 径长 度可 得 到极大 的缩 短 。 ｉ ｎ
迎 ， 因此更 需关 注 的是 如 何 降低 算法 时 间复 杂度 。
通
信
学
报
第３ ２卷
完数 据后 送 回基 站 。这样 不但 能够 省 去传 感器 节 点 多跳转 发数 据 的通信 能耗 ，同时移 动 ｓ ｋ可 以靠近 ｉ ｎ 部 署 的节 点 ，保 证 了链路 质量 。然 Байду номын сангаас移 动 ｓ ｋ也 面 ｉ ｎ 临节 能 问题 ，即需 要考 虑设 计一 条最 短路 径使 移 动 ｓ ｋ能够 完成 对所 有 的传感 器节 点 间 的数 据 收集 ， ｉ ｎ 这 被称 作 “ 移动 ｓ ｋ路 由问题 ” ｉ ｎ 。 如 果 不考虑 无 线通信 范 围 ， 动 ｓ 路 由问题 移 ｉ ｋ ｎ
言
在 大面 积 的 Ｅ标监 控 区域 内，随机 部 署 的无线 ｔ
收稿 日期 ：２ １—００ ；修 回 日期：２ １．４ １ ０ ０ １ ２ ０ １０ ．１
６９ ３２ ） ０ ０ ２ ３ ；国家 自然 科学基金项 目 （０ ０ ２ ３ ６９３２ ）
霎 薹
是 控制 移动 ｓ ｋ来访 问每 个 无线传 感 器节 点 ，收集 ｉ ｎ