无线传感器网络动态覆盖优化问题的研究

发布时间：2017-04-13 03:25

  本文关键词：无线传感器网络动态覆盖优化问题的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：摘要：无线传感器网络是在微机电系统、片上系统、无线通信和低功耗嵌入式技术发展的基础上建立起来的。因为其功耗低、成本低、分布式和自组织的特点,无线传感器网络被广泛应用到军事、航空、救灾、环境、医疗等多个领域中。 在构建无线传感器网络时,网络覆盖是无线传感器网络的基本问题之一,即如何部署传感器节点,使网络覆盖的范围最大化。根据覆盖区域的特殊性和覆盖环境的恶劣程度,在进行节点部署时,需要采用动态覆盖模式,将节点随机抛洒后通过自组织的形式,依据被监测区域的无线传感器网络覆盖情况采用相应的覆盖控制算法调整节点部署,从而完成网络覆盖的工作。 本文首先介绍了基于粒子群和差分进化的无线传感器网络覆盖控制算法的基本原理,并对两种控制算法的应用效果进行了比较。基于粒子群的控制算法收敛速度较快,但容易陷入早熟,而差分进化控制算法的收敛速度相对较慢,但其最终覆盖率比较高。 基于对两种算法的优劣势的分析,提出了基于蝙蝠算法的无线传感器网络覆盖控制算法。详细阐述了该算法的基本原理和执行流程,并将其应用效果与粒子群算法和差分进化算法进行了比较。基于蝙蝠算法的无线传感器网络覆盖控制算法有效地提高了网络覆盖率,在收敛速度方面其明显优于差分进化算法,但比粒子群的收敛速度慢。 为了进一步提高收敛速度,将虚拟力算法的理念作为影响因子,引入到基于蝙蝠算法的覆盖控制算法中,形成了基于虚拟力引导的蝙蝠算法(VF-B)。虚拟力因子是根据传感器节点之间的距离直接引导节点移动的距离和方向,加速了节点的均匀分布。从实际仿真结果可以看出,算法的收敛速度有了明显的提高。 传感器节点体积小,供电能力有限,一旦能量耗尽,无线传感器网络就会出现覆盖空洞,影响覆盖效果。在动态覆盖问题中,传感器节点的能量消耗包含通信消耗和移动消耗,其中移动消耗能量与节点的移动距离直接相关。 考虑到节点能量耗尽对于网络覆盖性能的影响,提出了基于能量受限改进的VF-B算法。算法对节点的移动距离进行限制,减小了节点的能量损耗。通过仿真分析,实验数据表明基于能量受限改进的VF-B算法比原算法的覆盖性能更好,有效地延长了网络生存时间,保证了覆盖任务的完成。 综上,通过引入蝙蝠算法的理念,不断改进无线传感器网络覆盖控制算法,提出了基于能量受限改进的VF-B算法。该算法收敛速度较快,有效地提高了网络的覆盖率,延长了网络生存时间,达到了优化覆盖的目的。最后,总结全文的工作,对未来工作进行展望。
【关键词】：无线传感器网络 动态覆盖优化 蝙蝠算法 虚拟力 能量受限
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-8
• ABSTRACT8-10
• 目录10-12
• 1 引言12-22
• 1.1 选题背景12
• 1.2 无线传感器网络概述12-16
• 1.2.1 无线传感器网络的体系结构13
• 1.2.2 无线传感器网络的特点13-14
• 1.2.3 无线传感器网络的关键技术14-15
• 1.2.4 无线传感器网络的应用15-16
• 1.3 无线传感器网络覆盖问题及研究现状16-20
• 1.4 本文的工作及内容安排20-22
• 2 无线传感器网络的节点部署与动态覆盖22-39
• 2.1 传感器节点22-25
• 2.1.1 传感器节点的组成22-23
• 2.1.2 传感器节点的模型23-25
• 2.2 覆盖控制性能指标25-26
• 2.3 智能控制算法在WSN节点部署中的应用26-38
• 2.3.1 WSN中节点部署问题研究26-27
• 2.3.2 基于粒子群算法的节点部署研究27-32
• 2.3.3 基于差分算法的节点部署研究32-37
• 2.3.4 智能控制算法在节点部署应用中的分析比较37-38
• 2.4 本章小结38-39
• 3 基于蝙蝠算法的节点部署研究39-49
• 3.1 蝙蝠算法39-43
• 3.1.1 蝙蝠算法的产生及应用39-40
• 3.1.2 蝙蝠算法的基本原理40-41
• 3.1.3 蝙蝠算法的基本流程41-43
• 3.2 基于蝙蝠算法的无线传感器网络节点部署研究43-44
• 3.3 算法仿真与分析44-46
• 3.4 BA算法与其他智能控制算法的比较46-48
• 3.5 本章小结48-49
• 4 基于VF-B算法的无传感器网络覆盖问题的研究49-60
• 4.1 虚拟力算法49-54
• 4.1.1 虚拟力算法基本原理49-51
• 4.1.2 基于虚拟力算法的节点部署研究51-52
• 4.1.3 基于虚拟力算法的仿真分析52-54
• 4.2 VF-B算法54-56
• 4.2.1 VF-B算法的基本原理55-56
• 4.2.2 VF-B算法的基本流程56
• 4.3 基于VF-B算法的无线传感器网络覆盖研究56-58
• 4.4 改进算法与BA算法的性能比较分析58-59
• 4.5 本章小结59-60
• 5 基于能量受限的无线传感器网络覆盖问题的研究60-65
• 5.1 无线传感器网络覆盖节能问题60-61
• 5.1.1 节约能耗的必要性60
• 5.1.2 节能方案概述60-61
• 5.2 动态无线传感器网络的能量消耗61-62
• 5.3 基于能量受限的改进VF-B算法在WSN覆盖中的应用62-64
• 5.4 本章小结64-65
• 6 总结与展望65-67
• 参考文献67-71
• 作者简历71-73
• 学位论文数据集7

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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  本文关键词：无线传感器网络动态覆盖优化问题的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：302716