基于节点协同调度的海事传感网络覆盖控制研究

发布时间：2017-09-18 08:37

  本文关键词：基于节点协同调度的海事传感网络覆盖控制研究

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【摘要】：无线传感器网络由大量具备实时感知、数据处理及无线通信等能力的传感器节点组成，这些节点部署在给定检测区域内，以协作的方式感知、采集和处理网络覆盖区域中感兴趣的信息，并发送到基站，，以便做出进一步的决策。受到节点数量大、处理能力有限等因素的制约，无线传感器网络一般不能采用集中式的方式，而是以自组织的方式对感知信息进行分布式处理。而网络覆盖作为无线传感器网络应用研究的关键性基础问题，这些制约因素则给网络覆盖带来巨大的挑战，因此就需要进行网络覆盖控制。 覆盖控制就是在无线传感网络硬件资源普遍受限的情况下，通过规划节点的分布与工作状态，来实现对目标区域最大程度的监测。本课题将面向海事安全保障领域，在深入分析海事安全领域信息服务需求的基础上，系统研究了海事监控传感网络中网络覆盖控制和节点协同调度的理论与方法。研究工作从海事传感网络拓扑覆盖模型、节点协同调度等方面入手，综合运用智能算法、博弈论等，围绕海事传感网络覆盖节能性和节点协同调度的有效性之间的平衡问题展开研究，最终实现海事场景下的网络节点有效覆盖。本文对覆盖控制问题中的确定性区域覆盖问题，从自由分布节点覆盖效率最大化、节点协同覆盖两个方面研究，论文主要的研究内容和创新点包括以下几个方面。 （1）从移动节点的部署角度，利用群智能算法对网络覆盖进行了优化部署，通过建立网络覆盖模型，分析了人工鱼群算法在覆盖控制问题中的实现过程，并对该算法进行了详细分析。 （2）从网络静态覆盖的角度，利用Voronoi多边形形成网络覆盖集，通过建立局部Voronoi多边形覆盖策略，求解网络的最大覆盖集。 （3）从网络动态覆盖的角度，利用节点协同策略，建立基于节点博弈的动态节点调度模型，形成网络动态覆盖策略。 研究结果表明，该文提出的覆盖控制策略能以有效的空间拓扑结构去适应复杂地形的覆盖，并能均衡网络覆盖质量与网络能耗，故将这种策略应用于实际复杂环境下的大规模网络覆盖问题是可行的。
【关键词】：海事传感网络 节点协同调度 网络覆盖控制 智能算法 博弈论
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U692-39;U675.79
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 海事监控传感网络及其覆盖问题9-22
• 1.1 研究背景9-13
• 1.1.1 无线传感器网络发展现状综述9-10
• 1.1.2 船联网及海事监控传感网络研究课题现状10-12
• 1.1.3 无线传感器网络覆盖控制的研究12-13
• 1.2 海事监控传感网络国内外研究现状13-18
• 1.2.1 海事监控传感网络的覆盖控制问题13-14
• 1.2.2 无线传感器网络及物联网在海事环境中的应用14-15
• 1.2.3 无线传感器网络覆盖优化方面15-18
• 1.2.4 网络节点协同控制方面18
• 1.3 目前研究中存在的问题及研究的目的与意义18-19
• 1.4 本文的研究内容19-20
• 1.5 本文的组织结构及拟采取的技术路线图20-21
• 1.6 小结21-22
• 第2章 基于群体智能算法的无线传感网络覆盖优化方法22-27
• 2.1 群体智能优化算法概述22
• 2.2 人工鱼算法原理22-23
• 2.3 网络概率覆盖模型23-24
• 2.4 基于群智能算法的无线传感网络覆盖优化24-26
• 2.5 小结26-27
• 第3章 基于局部Voronoi 图的传感网络部分区域最大覆盖集优化算法27-36
• 3.1 相关工作27-28
• 3.2 相关定义及问题描述28-30
• 3.2.1 问题描述28-29
• 3.2.2 相关定义29-30
• 3.3 基于局部 Voronoi 图的α覆盖最大覆盖集求解算法30-33
• 3.3.1 局部 Voronoi 图的划分30-31
• 3.3.2 基于局部 Voronoi 图的传感网络α覆盖优化算法31-32
• 3.3.3 最大覆盖集求解过程32-33
• 3.4 仿真实验及性能分析33-35
• 3.5 小结35-36
• 第4章 基于博弈论的海事监控传感网络节点协同策略36-49
• 4.1 相关研究工作36-37
• 4.2 博弈论理论37-39
• 4.3 无线传感器网络节点协同机制39-43
• 4.3.1 节点的状态划分机制39-42
• 4.3.2 节点的可信度42
• 4.3.3 节点的信息级别属性42-43
• 4.4 基于博弈论的节点协同算法43-45
• 4.5 仿真分析45-48
• 4.6 小结48-49
• 第5章 总结49-51
• 5.1 研究的主要成果49
• 5.2 创新点49-50
• 5.3 研究展望50-51
• 参考文献51-57
• 致谢57-58
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目58-59

【参考文献】

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本文编号：874502