基于负载均衡的Multi-UAV任务分配算法的研究

发布时间：2017-07-08 19:00

  本文关键词：基于负载均衡的Multi-UAV任务分配算法的研究

  更多相关文章： WSN Multi-UAV 负载均衡 k-means聚类算法 蚁群算法

【摘要】：近年来,由于硬件技术的发展,硬件成本逐渐降低,具有低功耗、自组织、可靠性、分布式的无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)获得了人们的广泛关注。在无线传感器网络中,传感器节点随机的分布在检测区域,自组织的形成网络,对所在区域进行实时监控,并将收集到的信息发送给相应的观察者。到目前为止,基于无线传感器网络的应用涉及到实际应用的方方面面,诸如安全监控、目标追踪、指令检测和环境监控等。自从上世界九十年代开始,无人驾驶飞机UAV(Unmanned Aerial Vehicle)也获得以美国为首的许多国家的关注,并获得了较快的发展。与传统的有人驾驶飞机相比,无人机具有规模较小、操作灵活、价格便宜、可持续续航等特点,能够更好的适应于军事侦查、环境监测、人员搜救等领域。由于UAV的可移动性和可持续续航的特点,因此,将UAV应用于WSN不仅能够简化网络的设计,还可以降低由于传感器结点之间通信所造成的能量消耗,从而延长网络的生存时间。随着任务量增长、任务类型的复杂化和工作区域增大等因素,基于单个UAV不能及时有效的完成任务,multi-UAV便开始获得人们的广泛关注。multi-UAV相对于单UAV而言,UAV之间具有更好的协作性,能够通过相互协作共同完成任务。但是,另一方面,由于系统中存在多个UAV,UAV之间可以并行工作,UAV之间的并行性可能导致相互之间的碰撞,以及UAV之间任务的分配是较为复杂的。在以往的研究中,主要关注UAV路径规划、如何避免与障碍物的碰撞、对特定目标的攻击等,而多个UAV之间负载均衡的问题却少有考虑。因此,本文主要考虑的是如何使用多个UAV完成传感器节点的信息采集。本文在k-means聚类算法的基础上,提出了一种新的算法,在总体任务量一定的情况下,保证多个UAV之间负载分配尽可能均衡的同时,调用蚁群算法来最小化无人机的飞行距离。实验过程中,采用Matlab作为仿真工具,对提出的问题进行建模,然后使用改进算法进行负载的划分,最后与k-means聚类算法的划分结果进行对比,并根据对比结果来分析新算法的性能。
【关键词】：WSN Multi-UAV 负载均衡 k-means聚类算法 蚁群算法
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5;V279
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题来源及研究的背景和意义9-14
• 1.1.1 WSN应用的发展背景9-11
• 1.1.2 Multi-UAV应用的发展背景11-12
• 1.1.3 基于Multi-UAV的WSN发展背景12-14
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析14-15
• 1.3 主要研究内容15-17
• 1.3.1 系统建模16
• 1.3.2 基于负载均衡的Multi-UAV任务分配算法16
• 1.3.3 仿真分析16-17
• 1.4 论文创新点17
• 1.5 论文结构17-19
• 第2章 相关理论与建模19-24
• 2.1 系统建模19-20
• 2.2 相关算法介绍20-23
• 2.2.1 k-means算法简介20-21
• 2.2.2 蚁群算法简介21-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第3章 基于负载均衡的MULTI-UAV任务分配算法24-35
• 3.1 引言24
• 3.2 算法描述24-28
• 3.2.1 相关问题定义24-25
• 3.2.2 目标函数25-26
• 3.2.3 评价参数26-27
• 3.2.4 限制条件27-28
• 3.3 基于负载均衡的Multi-UAV任务分配算法的设计28-34
• 3.3.1 初始分簇的生成29-30
• 3.3.2 UAV最短飞行路径的生成30
• 3.3.3 评价参数的计算30-31
• 3.3.4 待调整节点和簇的筛选31-32
• 3.3.5 节点的调整32-33
• 3.3.6 节点调整操作的撤销33-34
• 3.3.7 算法复杂度分析34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 算法仿真与结果分析35-53
• 4.1 算法实现35-36
• 4.1.1 仿真工具35
• 4.1.2 实验场景和相关参数设置35-36
• 4.2 算法仿真与分析36-53
• 4.2.1 算法仿真实现36-40
• 4.2.2 算法性能分析40-53
• 结论53-55
• 参考文献55-61
• 攻读学位期间发表的论文及研究成果61-63
• 致谢63

【相似文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 杨媛琦;基于负载均衡的Multi-UAV任务分配算法的研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

，

本文编号：535821