无线传感器网络中两类覆盖问题的算法研究

发布时间：2017-08-05 14:09

  本文关键词：无线传感器网络中两类覆盖问题的算法研究

  更多相关文章： 无线传感器网络 覆盖问题 NP-困难 近似算法 性能比

【摘要】：无线传感器网络作为一种全新的信息获取和处理技术,能够广泛应用在反恐抗灾、国防军事、医疗卫生以及环境监测等诸多领域,被认为是二十一世纪最重要的技术之一。目标覆盖问题是传感器网络进行目标识别、监控、跟踪等众多应用的前提,也是无线传感器网络研究中的热点问题之一。现有的目标覆盖类型大致可分为三类:点覆盖、线覆盖以及区域覆盖。本文重点研究点覆盖和线段覆盖两类问题,论文结构主要包括以下三大部分。第一部分,预备知识介绍和问题引入。该部分给出了图论、组合优化、计算复杂性、近似算法等相关定义,并介绍了无线传感器网络中覆盖问题的背景、应用、发展历程以及国内外相关研究成果。第二部分,论文主要内容:对无线传感器网络中的线段覆盖和点覆盖两类问题进行研究。第一类问题——线段覆盖问题,我们重点考虑目标线段处于水平放置或者竖直放置的情形。首先,讨论最大线段长度不超过传感器感应半径两倍的特殊情形,由于该问题是NP-困难的,我们主要从近似算法的角度来求解问题:利用平面分割的思想,设计了一个性能比为18、时间复杂度为O(nlog n)(n为线段数量)的多项式时间近似算法。其次,利用Java语言编程完成了算法仿真和稳定性检验,以图像形式形象地展示了算法结果,多组数据显示该算法基本稳定。最后,对该问题的一般情形进行了初步探讨。第二类问题——点覆盖问题,重点考虑传感器部署位置不能越过某一条直线的情形(受地理环境或者其他因素的影响,传感器的部署位置可能存在一些禁区)。由于该问题也是NP-困难的,我们设计了一个性能比为2、时间复杂度为O(n~2)(n为点的数量)的多项式时间近似算法,且有实例表明该性能比是紧的。同样地,该部分也利用Java语言编程完成了算法仿真和稳定性检验,得到了多组算法解与最优解的图像示例,计算结果表明该算法也较为稳定。第三部分,论文的总结和拓展。最后对论文主要内容作了总结,并展望进一步的研究方向。
【关键词】：无线传感器网络 覆盖问题 NP-困难 近似算法 性能比
【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】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 图论的相关概念9
• 1.2 组合优化问题9-10
• 1.2.1 问题和实例9-10
• 1.2.2 数学模型和组合优化问题10
• 1.3 算法与时间复杂性10
• 1.4 问题复杂性分类10-11
• 1.4.1 优化问题的判定形式10-11
• 1.4.2 多项式问题类(P)11
• 1.4.3 非确定多项式问题类(NP)11
• 1.4.4 NP完全问题类(NPC)11
• 1.5 近似算法和启发式算法11-12
• 1.5.1 近似算法12
• 1.5.2 启发式算法12
• 1.6 论文的组织结构12-13
• 2 无线传感器网络的相关介绍13-18
• 2.1 无线传感器网络13-15
• 2.1.1 无线传感器网络的基本概念13
• 2.1.2 无线传感器网络的应用背景13-14
• 2.1.3 无线传感器网络的发展历程14-15
• 2.2 无线传感器网络中的覆盖问题15-18
• 2.2.1 覆盖问题的相关定义15
• 2.2.2 覆盖问题的相关研究15-18
• 3 无线传感器网络中线段覆盖问题的算法研究18-24
• 3.1 问题描述18
• 3.2 算法设计与分析18-20
• 3.2.1 算法设计18-19
• 3.2.2 性能比分析19-20
• 3.3 算法仿真和稳定性检验20-23
• 3.4 问题延伸23
• 3.5 本章小结23-24
• 4 无线网络中点覆盖问题的算法研究24-29
• 4.1 问题描述24
• 4.2 算法设计与分析24-26
• 4.2.1 算法设计24
• 4.2.2 算法示例24-25
• 4.2.3 性能比分析25-26
• 4.3 算法仿真和稳定性检验26-28
• 4.4 本章小结28-29
• 5 总结与展望29-30
• 5.1 总结29
• 5.2 问题展望29-30
• 5.2.1 算法优化29
• 5.2.2 问题拓展29-30
• 致谢30-31
• 参考文献31-34
• 附录 1--线段覆盖算法的主要程序代码34-38
• 附录 2--点覆盖算法的主要程序代码38-40
• 附录 3 作者在读期间完成的学术论文及参加的科研项目40

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本文编号：625271