基于群体智能的UWSN覆盖控制算法研究

发布时间：2017-08-03 15:31

  本文关键词：基于群体智能的UWSN覆盖控制算法研究

  更多相关文章： 覆盖控制 障碍物 果蝇优化 狼群搜索 磷虾优化

【摘要】：在水环境中的各个应用领域,水下无线传感器网络(Underwater Wireless Sensor Network,UWSN)渐渐受到关注,它是由大量水下节点组成的水下监测系统。水下无线传感器网络的研究涉及到众多方面,主要有:定位跟踪、路由协议、电池管理与节点部署等。其中,覆盖控制是UWSN研究的一项基础性工作,优良的覆盖控制算法能够保证UWSN的服务质量,同时为后期其他研究做了强有力的支撑。那么,设计一种高效的覆盖控制算法具有现实必要性。UWSN覆盖控制方法按照关注阶段的不同,分为初期如何部署节点与后期设计维持网络覆盖的协议。而基于群体智能优化类覆盖控制算法具有简单有效的特性,又考虑到水下环境中存在障碍物的情况,根据现有的算法研究,从实现单一目标优化到多目标优化,提出了下面三种部署算法:第一,结合水下环境存在障碍物的特点,提出一种基于狼群搜索的UWSN重部署算法,根据狼群搜索的核心思想来指导节点的移动,主要有主动覆盖、被动覆盖和躲避障碍物三个移动过程。该算法中,每个节点用最小的移动代价来实现目标覆盖。最后表明,该算法拥有较高的覆盖能力,同时具有避障功效。第二,针对UWSN规模大、环境恶劣的特点,提出一种果蝇启发的水下传感网部署算法。该算法将果蝇优化思想加以改进,同时引入障碍物局部感知移动模型和欧琼鸟拓扑作用机制。因此,在障碍物影响的情况下,能够优化网络覆盖率、连通率和网络能耗,是一种水下传感网节点部署的多目标优化算法。第三,针对部署后期过程,怎样维持网络覆盖的问题,设计了一种基于磷虾群优化的UWSN动态分层双簇头路由算法。该算法采用了非均匀分簇的方法,并引入动态分层机制,同时使用磷虾群优化的选取原则产生最优主簇头与副簇头,三种改进方法协同作用来解决节点过早死的情况,有助于均衡能耗,延长网络生存时间。综上,以上设计的三种UWSN覆盖控制算法是在考虑水下障碍物背景下展开的,具有现实意义;且利用智能优化算法的简单有效性,解决UWSN部署规模大易导致节点失效的问题。算法1优化了网络覆盖率这一目标,且躲避障碍物;算法2是在前者基础上,优化了覆盖率、连通率和能耗三个目标,也能躲避障碍物;算法3则是在前两者基础上,维持整个网络后期的生存时间,减少簇头能耗。
【关键词】：覆盖控制 障碍物 果蝇优化 狼群搜索 磷虾优化
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.3;TP212.9
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景11
• 1.2 水下传感器网络11-15
• 1.2.1 二维水下传感器网络11-12
• 1.2.2 三维水下传感器网络12
• 1.2.3 带有AUV的水下传感器网络12-13
• 1.2.4 水下传感器网络特点13-15
• 1.3 国内外研究现状及关键问题15-17
• 1.3.1 国内外研究现状15
• 1.3.2 所研究关键问题15-17
• 1.4 研究意义及内容17
• 1.5 本章内容安排17-19
• 第二章 群体智能优化UWSN覆盖控制相关工作研究19-27
• 2.1 UWSN覆盖控制相关概念19-22
• 2.1.1 节点感知模型19-20
• 2.1.2 节点通信模型20
• 2.1.3 水下传输能耗模型20
• 2.1.4 节点移动模型20-22
• 2.1.5 评价指标22
• 2.2 基于群体智能优化覆盖控制算法22-25
• 2.2.1 群体智能优化算法概论22-23
• 2.2.2 群体智能优化算法发展、优势23-24
• 2.2.3 相关部署算法研究24-25
• 2.2.4 相关路由算法研究25
• 2.3 障碍物25-26
• 2.3.1 水下障碍物25
• 2.3.2 障碍物局部感知移动模型25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 基于狼群搜索的水下传感器网络重部署算法27-37
• 3.1 引言27
• 3.2 网络模型27-28
• 3.3 问题描述28
• 3.4 算法描述28-33
• 3.4.1 RAWS基本原理29-30
• 3.4.2 RAWS算法步骤与流程图30-33
• 3.5 仿真算例33-36
• 3.5.1 仿真场景以及参数设置33
• 3.5.2 仿真分析33-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第四章 果蝇启发的水下传感网部署算法37-47
• 4.1 引言37
• 4.2 网络模型37-38
• 4.3 问题描述38
• 4.4 算法描述38-41
• 4.4.1 算法原理38-39
• 4.4.2 FFSD算法设计与流程图39-41
• 4.5 仿真算例41-46
• 4.5.1 仿真场景以及参数设置41-42
• 4.5.2 仿真结果及分析42-46
• 4.6 本章小结46-47
• 第五章 基于磷虾群优化的UWSN动态分层双簇头路由算法47-55
• 5.1 引言47
• 5.2 网络模型47
• 5.3 问题描述47-48
• 5.4 算法描述48-51
• 5.4.1 磷虾群优化算法48
• 5.4.2 DC-KH算法描述48-51
• 5.5 仿真算例51-54
• 5.6 本章小结54-55
• 第六章 总结和展望55-57
• 6.1 工作总结55-56
• 6.2 研究展望56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-63
• 附录63

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 谷峪;于晓楠;于戈;;一种障碍空间数据库中的连续反k近邻查询方法[J];软件学报;2014年08期

2 ;[J];;年期

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 张志海;盲道上的社会排斥—障碍物及其城市空间分布研究[D];山东大学;2016年

2 冯洋;基于群体智能的UWSN覆盖控制算法研究[D];杭州电子科技大学;2016年

3 姚敏;障碍物诱导下可燃气云爆炸冲量场的实验研究[D];大连理工大学;2005年

4 邵华鑫;可燃气云爆炸压力场的实验研究[D];大连理工大学;2005年

，

本文编号：615082