无线传感网覆盖优化及控制技术研究

发布时间：2017-10-09 01:31

  本文关键词：无线传感网覆盖优化及控制技术研究

  更多相关文章： 覆盖优化 控制技术 生存时间 确定部署 随机部署 能耗均衡 边界效应

【摘要】：无线传感器网络已广泛应用于国防军事、交通控制、精细农业、智能家居、医疗卫生甚至太空探索等众多领域。无线传感网覆盖优化及相关控制技术是传感器网络进行感知、传输、处理等工作的基础,承担着从信息感知阶段到信息处理阶段过渡的关键任务,如何保证覆盖效果并追求最大限度降低节点能耗,改善均衡性,延长网络的生存时间等网络覆盖优化及控制技术是研究的热点难点问题,本文主要工作如下：1.不同二维平面场景中WSN覆盖目标优化的侧重点不同,包括覆盖率(寻优精度)、算法收敛次数、收敛时间等多个方面,分别以优化覆盖率、减少收敛次数为侧重点提出两种覆盖优化策略。(1)针对一些二维场景确定性部署中对覆盖精度要求高的问题,结合粒子群算法在寻优过程中出现的解丢失的现象,提出一种逐维判断粒子适应度值的覆盖优化方法(JV-PSO-DD)。解决了现有算法在所有维数信息更新完毕后进行适应度评价而导致的优化解丢失难题,提高了求解精度。通过仿真对比,算法对覆盖率指标的优化效果优于对比算法,同一环境下高达97%。(2)针对一些二维场景确定性部署中对算法收敛次数要求高的问题,结合几何图形知识,提出一种基于节点定向移动的覆盖优化算法(COMDH)。以异构传感网为例仿真对比验证,算法仅需4次迭代即可保证较高覆盖率,适用于大型传感网节点确定性部署。2.二维平面到三维空间再到三维水域,对确定性部署的限制条件愈加苛刻。针对当前水下WSN覆盖方法存在的覆盖率不高、节点移动能耗过大以及节点移动导致的能耗值差异大等问题,结合现有的水下覆盖策略,提出一种水下空间层次化覆盖增强算法(UHSCA)。理论分析及仿真结果表明该策略对水下节点的确定性部署覆盖优化效果明显,均衡了节点移动产生的能耗,为水下侦察、水文监测等水下空间的节点覆盖部署提供了有效方案支持。3.针对复杂、危险场景下随机部署方法中出现的能量浪费、覆盖空洞、节点能耗均衡性差等问题,降低二次甚至多次布设带来的高成本、高风险,提出一种引入量化休眠时延的节点状态控制策略。休眠时延的量化主要参考周围节点数量和节点剩余能量两个条件。通过对生存时间、能耗均衡值以及死亡节点数量优化指标的仿真值获取,证明新的控制策略对能耗均衡效果显著,能优化网络生存时间20%以上。4.针对节点在随机部署方法下执行状态控制策略出现的覆盖收缩问题,结合“边界效应”现象,提出一种边界区域节点移动补充的组网控制方法。通过观察网络节点采样图,证明死亡节点分布均匀度良好。通过对死亡节点数量和能量方差值两个优化指标计算统计并对比分析,证明该控制策略能够有效改善随机部署场景中存在的“边界效应”问题。
【关键词】：覆盖优化 控制技术 生存时间 确定部署 随机部署 能耗均衡 边界效应
【学位授予单位】：解放军信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 研究背景13-15
• 1.2 研究现状15-19
• 1.2.1 无线传感网研究概况及现状15-17
• 1.2.2 传感器节点国内外研究现状17-19
• 1.3 相关问题研究19-20
• 1.4 主要应用领域及典型应用20-22
• 1.5 论文研究目标及主要研究内容22-23
• 1.6 论文结构安排23-24
• 1.7 本章小结24-25
• 第二章 覆盖优化及控制技术25-33
• 2.1 无线传感网覆盖问题25-29
• 2.1.1 覆盖分类25
• 2.1.2 覆盖模型25-26
• 2.1.3 节点部署26-29
• 2.2 无线传感网控制技术29-31
• 2.2.1 节点状态控制技术29-31
• 2.2.2 补充组网控制技术31
• 2.3 覆盖优化及控制性能主要衡量指标31-32
• 2.4 本章小结32-33
• 第三章 二维平面节点确定性部署策略33-51
• 3.1 引言33
• 3.2 网络与覆盖模型33-34
• 3.2.1 模型假设条件33
• 3.2.2 节点感知模型33-34
• 3.2.3 区域覆盖率34
• 3.3 逐维判断PSO算法值的WSN覆盖优化34-40
• 3.3.1 标准PSO算法34-36
• 3.3.2 JV-PSO-DD算法36-37
• 3.3.3 实验仿真37-40
• 3.3.4 算法总结40
• 3.4 基于几何图形理论的节点定向位移覆盖优化算法40-49
• 3.4.1 数学模型及假设条件41-42
• 3.4.2 COMDH算法思想42-46
• 3.4.3 实验仿真46-49
• 3.4.4 算法总结49
• 3.5 本章小结49-51
• 第四章 三维水下空间节点确定性部署51-63
• 4.1 引言51
• 4.2 三维覆盖问题描述51-55
• 4.2.1 最优覆盖模型介绍52-53
• 4.2.2 经典算法举例——体心立方格连通覆盖53-55
• 4.3 层次化水下覆盖优化方法55-62
• 4.3.1 网络模型及覆盖增强问题分析55-58
• 4.3.2 覆盖问题描述58
• 4.3.3 UHSCA58-60
• 4.3.4 仿真实验与分析60-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第五章 随机部署下节点状态控制技术研究63-73
• 5.1 引言63-64
• 5.2 基于能耗均衡的节点覆盖控制技术64-69
• 5.2.1 应用模型64-66
• 5.2.2 WSN覆盖策略66-67
• 5.2.3 基于节点能耗均衡的网络生存时间延长策略67-69
• 5.3 仿真结果及分析69-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 随机部署下补充组网控制技术研究73-85
• 6.1 引言73
• 6.2 网络覆盖模型及假设条件73-76
• 6.2.1 节点感知与覆盖率计算模型73-74
• 6.2.2 目标区域边界划分模型74-76
• 6.3 边界区域移动节点部署策略76-77
• 6.4 节点休眠调度方法77-78
• 6.4.1 冗余节点判定77
• 6.4.2 节点调度策略77-78
• 6.5 算法仿真验证78-83
• 6.5.1 实验仿真环境78-79
• 6.5.2 未执行算法节点状态变化分析79-80
• 6.5.3 执行算法节点状态变化分析80-81
• 6.5.4 网络中死亡节点数量统计81-82
• 6.5.5 网络节点能耗均衡性讨论82-83
• 6.6 本章小结83-85
• 第七章 总结与展望85-87
• 7.1 论文工作总结85
• 7.2 展望85-87
• 致谢87-89
• 参考文献89-95
• 作者简历95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：997434