基于小生境粒子群算法的机舱WSN目标覆盖研究

发布时间：2017-08-22 07:15

  本文关键词：基于小生境粒子群算法的机舱WSN目标覆盖研究

  更多相关文章： 船舶机舱 无线传感器网络 目标覆盖 粒子群算法 网络生命周期

【摘要】：无线传感器网络是由具备感知、数据处理、存储和数据传输的传感器节点自组织而形成的无线网络。覆盖问题是无线传感器网络的重要问题之一,它是反映无线传感器网络服务质量的一项重要性能指标。由于传感器节点能量受限,选出一个最小活动节点集合,完成特定目标的覆盖,其它节点处于休眠状态,通过改变节点活动／休眠方式,达到节省能量,提高网络寿命的目的,是目标覆盖问题的一个重要研究内容。此外,传感器网络与应用密切相关,目前针对船舶机舱无线传感器网络目标覆盖问题研究缺乏深度的理论分析和具体应用。因此,本文针对机舱无线传感器网络目标覆盖问题展开研究,具体内容如下：机舱无线传感器节点大多数由电池供电,不仅能量有限,通常不方便更换电池。因此,解决有限能量覆盖是机舱无线传感器网络一个重要研究内容。为了合理调动传感器节点活动节省节点有限能量,提高目标覆盖能力,在小生境粒子群算法中引入环型拓扑结构,提出了基于小生境粒子群算法的有限能量机舱无线传感器网络目标覆盖方法。改进算法可有效控制粒子间信息传递速度,避免过早陷入局部最优解,通过环型拓扑结构的引入,从而使粒子群自发形成小生境,无需设置小生境参数。理论分析和实验结果表明改进的算法有效延长了无线传感器网络的生命周期。船舶机舱无线传感器网络目标覆盖是一个重要研究内容,将网络目标覆盖生命周期最大化问题转化为求解不相交集个数问题。提出一种引入本地搜索策略小生境粒子群算法的不相交集个数的求解方法。本地搜索策略的引入,使得算法在求解不相交集个数的过程中,局部搜索能力得到提高,获得全局最优解和局部最优解的概率得到增大。仿真算例分析表明,该方法能求解更多不相交集合数量,最大化网络的生命周期。分析了机舱无线传感网络目标覆盖问题和节点调度机制。通过将节点划分为相交的目标覆盖集合,建立一个关于目标覆盖问题的最大化网络生命周期模型,将机舱无线传感器网络相交集目标覆盖问题归结为求解不相交集合数量问题。提出了基于混沌跳跃环型拓扑小生境粒子群算法的目标覆盖方法,求解不相交结合数量。混沌跳跃的引入,提高了粒子群优化算法摆脱局部极值点的能力和算法的求解精度。仿真算例和实验结果证明了使用该方法能够合理配置节点,划分出更多的相交集合覆盖目标,网络运行时间得以延长。设计了机舱无线传感器网络拓扑结构,给出了机舱无线传感器网络硬件设计,并进行了组网实验研究。通过ZigBee无线传感器网络采集到机舱温度信息,网络系统基本达到设计目标。实验结果表明,应用改进粒子群算法对机舱无线传感器网络进行目标覆盖分析求解,可以优化网络的运行结构及工作方式,有效的节约了传感器节点的能量,延长了网络的工作时间。
【关键词】：船舶机舱 无线传感器网络 目标覆盖 粒子群算法 网络生命周期
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U665.2
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 绪论13-29
• 1.1 课题研究的目的和意义13-15
• 1.2 国内外研究现状15-26
• 1.2.1 无线传感器网络机舱监测研究现状15-17
• 1.2.2 无线传感器网络覆盖研究现状17-22
• 1.2.3 粒子群算法研究现状22-26
• 1.3 研究存在的问题26
• 1.4 本文的主要研究内容26-29
• 第2章 有限能量机舱无线传感器网络目标覆盖问题研究29-48
• 2.1 引言29
• 2.2 无线传感器网络目标覆盖建模分析29-33
• 2.2.1 整数规划问题29-30
• 2.2.2 概率感知模型30-31
• 2.2.3 有限能量目标覆盖问题描述31-33
• 2.3 环型拓扑小生境粒子群算法的提出33-40
• 2.3.1 标准粒子群算法33-35
• 2.3.2 粒子群算法离散化35
• 2.3.3 环型拓扑小生境粒子群算法35-40
• 2.4 有限能量目标覆盖问题的计算求解40-47
• 2.4.1 算法的仿真测试40-45
• 2.4.2 有限能量目标覆盖仿真计算及分析45-47
• 2.5 本章小结47-48
• 第3章 不相交集机舱无线传感器网络运行方式的研究48-64
• 3.1 引言48
• 3.2 不相交集覆盖方式数学建模48-50
• 3.2.1 不相交集覆盖问题描述48-50
• 3.2.2 不相交集覆盖数学模型50
• 3.3 小生境粒子群算法本地搜索策略的研究50-55
• 3.3.1 本地搜索方式分类50-52
• 3.3.2 本地搜索小生境粒子群算法52-55
• 3.4 不相交集目标覆盖问题的计算求解55-63
• 3.4.1 算法的仿真测试55-60
• 3.4.2 仿真算例分析60-63
• 3.5 本章小结63-64
• 第4章 相交集机舱无线传感器网络目标覆盖机理研究64-80
• 4.1 引言64
• 4.2 相交集机舱无线传感器网络目标覆盖特征描述64-68
• 4.2.1 相交集覆盖定义64-67
• 4.2.2 相交集覆盖数学模型67-68
• 4.3 相交集目标覆盖混沌跳跃粒子群算法分析68-72
• 4.4 相交集目标覆盖问题的计算求解72-79
• 4.4.1 算法的仿真测试72-76
• 4.4.2 仿真与实验结果分析76-79
• 4.5 本章小结79-80
• 第5章 机舱无线传感器网络监测系统组网实践80-96
• 5.1 中心节点硬件电路设计80-84
• 5.1.1 微处理器模块的设计80-82
• 5.1.2 通信模块的设计82-84
• 5.2 传感器节点硬件电路设计84-86
• 5.2.1 电源模块的设计84-85
• 5.2.2 温湿度采集模块的设计85-86
• 5.3 机舱无线传感器网络的构建86-89
• 5.3.1 基于ZigBee的无线传感器网络86-88
• 5.3.2 机舱无线传感器网络物理模型拓扑结构88-89
• 5.4 组网实验及网络生命周期研究89-95
• 5.4.1 节点通信距离与稳定性实验89-90
• 5.4.2 组网实验90-95
• 5.5 本章小结95-96
• 第6章 结论与展望96-99
• 6.1 全文总结96-97
• 6.2 研究展望97-99
• 参考文献99-109
• 攻读学位期间公开发表论文109-110
• 作者简介110

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 胡顺强;刘彦呈;周飞云;;基于WSN与现场总线的机舱监控网络设计研究[J];船电技术;2011年10期

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7 Md Nafees Rahman;M A Matin;;Efficient Algorithm for Prolonging Network Lifetime of Wireless Sensor Networks[J];Tsinghua Science and Technology;2011年06期

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本文编号：717766