面向智能船舶的水文气象传感网络部署优化
发布时间：2021-08-31 05:28
智能船舶（MaritimeAutonomous Surface Ship,MASS）已被业界认为是未来船舶的发展方向。航行海域中的水文气象环境变化会对MASS的安全航行带来巨大的挑战。因此,针对未来大规模MASS密集航行的近海海域,部署水文气象传感网络意义重大。水文气象传感网络需要及时将海上水文气象信息传输给MASS,为其提供有利的信息技术支撑。因此本文基于水文传感器、气象传感器、浮标、岸基控制中心设计了面向MASS的水文气象传感网络（Hydrometeorological Sensor Networks for MASS,HSNM）架构,围绕HSNM网络部署优化问题展开研究。首先,根据HSNM网络的功能需求,设计了基于树形拓扑的网络结构,源于树形拓扑结构易于扩展,容错性较强,适用于大范围航行海域的组网。海洋设备造价昂贵,并在复杂的海洋环境中布放难度大且存在危险性。因此,需要在网络部署前进行科学合理布局规划,选择网络节点的最佳部署位置,最小化网络部署成本。随后,本文将HSNM网络的部署优化问题（Deployment Optimization Problem,DOP）转化为整数线性规划（...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．３点覆盖??Ｆｉｇ．?２．３?Ｐｏｉｎｔ?ｃｏｖｅｒａｇｅ??（２）线覆盖??如图２．４所示，线覆盖应用场景通常为存在移动目标穿过水文气象传感网络监测区??
?大连海事大学硕士学位论文???要用于军事和水下资源的监测同时，点覆盖也是本文应用的覆盖模型。??０１２３４５６７８９?１０??图２．３点覆盖??Ｆｉｇ．?２．３?Ｐｏｉｎｔ?ｃｏｖｅｒａｇｅ??（２）线覆盖??如图２．４所示，线覆盖应用场景通常为存在移动目标穿过水文气象传感网络监测区??域的过程，网络节点组成一条或多条栅栏实现对移动目标的无缝监测，它也因此被称为??栅栏覆盖。线覆盖其目的是在考虑网络中移动节点的情况下，增强网络对运动节点的跟??踪感知。应用线覆盖又可分为最坏覆盖和最佳覆盖，常用于对外来入侵者的监测［５６］。??１０?［?ｆ???９?°〇?＼?°?°??６?ｈ?＼?〇??５。?４?。??４ｉ?＇?０?０??３ｈ?Ｌ?０?０??，［。。。。＾?。??〇?；?１?＇?：?Ｊ＇?：?１???０１２３４５６７８９?１０??图２．４线覆盖??Ｆｉｇ．?２．４?Ｂａｒｒｉｅｒ?ｃｏｖｅｒａｇｅ??（３）区域覆盖??如图２．５所示，区域覆盖需要掌握网络的全局信息，这是区域覆盖与点覆盖明显不??－１３?－??
?面向智能船舶的水文传感网络部署优化研究???同的地方。区域覆盖要求水文气象传感网络对目标监测区域进行完全无死角的覆盖，因??此，其目的是在保证网络连通性的前提下，以较少的节点实现覆盖面积的最大化［５６］。??画??０１２３４?５?６?７８９?１０??图２．５区域覆盖??Ｆｉｇ．?２．５?Ａｒｅａ?ｃｏｖｅｒａｇｅ??根据水文气象传感器网络中节点部署方式的不同，覆盖模型可以分为随机性覆盖和??确定性覆盖。??（１）随机性覆盖??随机性覆盖是指通过飞机或者船舶等将网络节点随机部署在目标监测区域中，通常??用于环境复杂的区域，操作简单并且可以节省人工成本，但是存在覆盖盲区、覆盖冗余??等问题。同时由于随机性覆盖无法准确定位网络节点的位置，会导致无法及时感知网络??拓扑结构变化，影响网络的正常工作。??（２）确定性覆盖??确定性覆盖通过人工将网络节点部署到指定位置，适用于环境比较友好区域的网络??部署。利用确定性覆盖可以准确掌握网络的拓扑结构和网络节点的位置，因此确定性覆??盖的管理比随机性覆盖更加容易。确定性覆盖中使用的算法可以进一步分为：计算几何??（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?Ｇｅｏｍｅｔｒｙ，ＣＧ）、遗传算法（Ｇｅｎｅｔｉｃ?Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ＧＡ）、粒子群优化算??法（Ｐａｒｔｉｃｌｅ?Ｓｗａｒｍ?Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ＰＳＯ）等。??－１４?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进差分进化算法下的无线传感器网络覆盖优化[J]. 王振东,刘燔桃,胡中栋,李大海,温卫. 小型微型计算机系统. 2020(05)
[2]基于改进布谷鸟搜索算法对水质监测无线传感器部署的优化[J]. 胡坚,胡峰俊,张红,朱颖. 浙江农业学报. 2020(05)
[3]面向智能船舶相关技术的专利分析研究[J]. 丁礼谦,张建辉,杨萌,赵芮凯,王学瑞,刘桔森. 科技管理研究. 2020(03)
[4]基于物联网的水文监测系统关键技术研究[J]. 宁爱民,张存吉. 物联网技术. 2019(12)
[5]海底观测网发展现状及趋势研究[J]. 陈建冬,张达,王潇,潘筱屹,王策男,张自丽,葛辉良. 海洋技术学报. 2019(06)
[6]基于和声搜索算法的无线传感器网络容错部署方法[J]. 李明,胡江平. 传感器与微系统. 2019(11)
[7]浅谈智能船舶[J]. 陆悦铭. 中国海事. 2019(10)
[8]智能船舶在海事监管中的应用[J]. 孙星. 中国船检. 2019(10)
[9]我国海洋资料浮标技术的发展与应用[J]. 王军成,厉运周. 山东科学. 2019(05)
[10]传感器数据在船舶数字化中的应用价值与挑战[J]. 祝能,陈实,蔡玉良,吕林. 中国造船. 2019(03)
硕士论文
[1]面向海洋牧场的传感监测网络部署研究[D]. 高昌萱.大连海事大学 2019
[2]基于AIS数据挖掘的船舶碳排放预测研究[D]. 陆万安.大连海事大学 2019
[3]基于能量均衡的水下无线光网络路由算法研究[D]. 唐飞.大连理工大学 2019
[4]基于虚拟力导向的烟花算法水下传感器网络节点部署优化研究[D]. 李莹.辽宁科技大学 2019
[5]一种通信中继浮标的设计与研究[D]. 母庚鑫.华北水利水电大学 2018
[6]基于HAP的海洋监测传感网节点部署研究[D]. 刘宇翔.大连海事大学 2018
[7]高可靠海上无线传感器网络拓扑优化研究[D]. 李鑫.大连海事大学 2017
[8]水声传感器网络拓扑优化技术研究[D]. 张昊.国防科学技术大学 2016
[9]三维环境下无线传感器网络覆盖方法研究[D]. 孙振龙.大连理工大学 2013
[10]船舶减速对其温室气体排放的控制研究[D]. 郑庆功.大连海事大学 2008
本文编号：3374289
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．３点覆盖??Ｆｉｇ．?２．３?Ｐｏｉｎｔ?ｃｏｖｅｒａｇｅ??（２）线覆盖??如图２．４所示，线覆盖应用场景通常为存在移动目标穿过水文气象传感网络监测区??
?大连海事大学硕士学位论文???要用于军事和水下资源的监测同时，点覆盖也是本文应用的覆盖模型。??０１２３４５６７８９?１０??图２．３点覆盖??Ｆｉｇ．?２．３?Ｐｏｉｎｔ?ｃｏｖｅｒａｇｅ??（２）线覆盖??如图２．４所示，线覆盖应用场景通常为存在移动目标穿过水文气象传感网络监测区??域的过程，网络节点组成一条或多条栅栏实现对移动目标的无缝监测，它也因此被称为??栅栏覆盖。线覆盖其目的是在考虑网络中移动节点的情况下，增强网络对运动节点的跟??踪感知。应用线覆盖又可分为最坏覆盖和最佳覆盖，常用于对外来入侵者的监测［５６］。??１０?［?ｆ???９?°〇?＼?°?°??６?ｈ?＼?〇??５。?４?。??４ｉ?＇?０?０??３ｈ?Ｌ?０?０??，［。。。。＾?。??〇?；?１?＇?：?Ｊ＇?：?１???０１２３４５６７８９?１０??图２．４线覆盖??Ｆｉｇ．?２．４?Ｂａｒｒｉｅｒ?ｃｏｖｅｒａｇｅ??（３）区域覆盖??如图２．５所示，区域覆盖需要掌握网络的全局信息，这是区域覆盖与点覆盖明显不??－１３?－??
?面向智能船舶的水文传感网络部署优化研究???同的地方。区域覆盖要求水文气象传感网络对目标监测区域进行完全无死角的覆盖，因??此，其目的是在保证网络连通性的前提下，以较少的节点实现覆盖面积的最大化［５６］。??画??０１２３４?５?６?７８９?１０??图２．５区域覆盖??Ｆｉｇ．?２．５?Ａｒｅａ?ｃｏｖｅｒａｇｅ??根据水文气象传感器网络中节点部署方式的不同，覆盖模型可以分为随机性覆盖和??确定性覆盖。??（１）随机性覆盖??随机性覆盖是指通过飞机或者船舶等将网络节点随机部署在目标监测区域中，通常??用于环境复杂的区域，操作简单并且可以节省人工成本，但是存在覆盖盲区、覆盖冗余??等问题。同时由于随机性覆盖无法准确定位网络节点的位置，会导致无法及时感知网络??拓扑结构变化，影响网络的正常工作。??（２）确定性覆盖??确定性覆盖通过人工将网络节点部署到指定位置，适用于环境比较友好区域的网络??部署。利用确定性覆盖可以准确掌握网络的拓扑结构和网络节点的位置，因此确定性覆??盖的管理比随机性覆盖更加容易。确定性覆盖中使用的算法可以进一步分为：计算几何??（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ?Ｇｅｏｍｅｔｒｙ，ＣＧ）、遗传算法（Ｇｅｎｅｔｉｃ?Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ，ＧＡ）、粒子群优化算??法（Ｐａｒｔｉｃｌｅ?Ｓｗａｒｍ?Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ＰＳＯ）等。??－１４?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]改进差分进化算法下的无线传感器网络覆盖优化[J]. 王振东,刘燔桃,胡中栋,李大海,温卫. 小型微型计算机系统. 2020(05)
[2]基于改进布谷鸟搜索算法对水质监测无线传感器部署的优化[J]. 胡坚,胡峰俊,张红,朱颖. 浙江农业学报. 2020(05)
[3]面向智能船舶相关技术的专利分析研究[J]. 丁礼谦,张建辉,杨萌,赵芮凯,王学瑞,刘桔森. 科技管理研究. 2020(03)
[4]基于物联网的水文监测系统关键技术研究[J]. 宁爱民,张存吉. 物联网技术. 2019(12)
[5]海底观测网发展现状及趋势研究[J]. 陈建冬,张达,王潇,潘筱屹,王策男,张自丽,葛辉良. 海洋技术学报. 2019(06)
[6]基于和声搜索算法的无线传感器网络容错部署方法[J]. 李明,胡江平. 传感器与微系统. 2019(11)
[7]浅谈智能船舶[J]. 陆悦铭. 中国海事. 2019(10)
[8]智能船舶在海事监管中的应用[J]. 孙星. 中国船检. 2019(10)
[9]我国海洋资料浮标技术的发展与应用[J]. 王军成,厉运周. 山东科学. 2019(05)
[10]传感器数据在船舶数字化中的应用价值与挑战[J]. 祝能,陈实,蔡玉良,吕林. 中国造船. 2019(03)
硕士论文
[1]面向海洋牧场的传感监测网络部署研究[D]. 高昌萱.大连海事大学 2019
[2]基于AIS数据挖掘的船舶碳排放预测研究[D]. 陆万安.大连海事大学 2019
[3]基于能量均衡的水下无线光网络路由算法研究[D]. 唐飞.大连理工大学 2019
[4]基于虚拟力导向的烟花算法水下传感器网络节点部署优化研究[D]. 李莹.辽宁科技大学 2019
[5]一种通信中继浮标的设计与研究[D]. 母庚鑫.华北水利水电大学 2018
[6]基于HAP的海洋监测传感网节点部署研究[D]. 刘宇翔.大连海事大学 2018
[7]高可靠海上无线传感器网络拓扑优化研究[D]. 李鑫.大连海事大学 2017
[8]水声传感器网络拓扑优化技术研究[D]. 张昊.国防科学技术大学 2016
[9]三维环境下无线传感器网络覆盖方法研究[D]. 孙振龙.大连理工大学 2013
[10]船舶减速对其温室气体排放的控制研究[D]. 郑庆功.大连海事大学 2008
本文编号：3374289
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