本文關(guān)鍵詞：基于小生境粒子群算法的機(jī)艙WSN目標(biāo)覆蓋研究

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【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由具備感知、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鞲衅鞴?jié)點(diǎn)自組織而形成的無線網(wǎng)絡(luò)。覆蓋問題是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要問題之一,它是反映無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。由于傳感器節(jié)點(diǎn)能量受限,選出一個(gè)最小活動(dòng)節(jié)點(diǎn)集合,完成特定目標(biāo)的覆蓋,其它節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài),通過改變節(jié)點(diǎn)活動(dòng)／休眠方式,達(dá)到節(jié)省能量,提高網(wǎng)絡(luò)壽命的目的,是目標(biāo)覆蓋問題的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。此外,傳感器網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用密切相關(guān),目前針對(duì)船舶機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)覆蓋問題研究缺乏深度的理論分析和具體應(yīng)用。因此,本文針對(duì)機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)覆蓋問題展開研究,具體內(nèi)容如下：機(jī)艙無線傳感器節(jié)點(diǎn)大多數(shù)由電池供電,不僅能量有限,通常不方便更換電池。因此,解決有限能量覆蓋是機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。為了合理調(diào)動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)活動(dòng)節(jié)省節(jié)點(diǎn)有限能量,提高目標(biāo)覆蓋能力,在小生境粒子群算法中引入環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),提出了基于小生境粒子群算法的有限能量機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)覆蓋方法。改進(jìn)算法可有效控制粒子間信息傳遞速度,避免過早陷入局部最優(yōu)解,通過環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的引入,從而使粒子群自發(fā)形成小生境,無需設(shè)置小生境參數(shù)。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)的算法有效延長(zhǎng)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期。船舶機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)覆蓋是一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容,將網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)覆蓋生命周期最大化問題轉(zhuǎn)化為求解不相交集個(gè)數(shù)問題。提出一種引入本地搜索策略小生境粒子群算法的不相交集個(gè)數(shù)的求解方法。本地搜索策略的引入,使得算法在求解不相交集個(gè)數(shù)的過程中,局部搜索能力得到提高,獲得全局最優(yōu)解和局部最優(yōu)解的概率得到增大。仿真算例分析表明,該方法能求解更多不相交集合數(shù)量,最大化網(wǎng)絡(luò)的生命周期。分析了機(jī)艙無線傳感網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)覆蓋問題和節(jié)點(diǎn)調(diào)度機(jī)制。通過將節(jié)點(diǎn)劃分為相交的目標(biāo)覆蓋集合,建立一個(gè)關(guān)于目標(biāo)覆蓋問題的最大化網(wǎng)絡(luò)生命周期模型,將機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相交集目標(biāo)覆蓋問題歸結(jié)為求解不相交集合數(shù)量問題。提出了基于混沌跳躍環(huán)型拓?fù)湫∩沉Ｗ尤核惴ǖ哪繕?biāo)覆蓋方法,求解不相交結(jié)合數(shù)量�；煦缣S的引入,提高了粒子群優(yōu)化算法擺脫局部極值點(diǎn)的能力和算法的求解精度。仿真算例和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了使用該方法能夠合理配置節(jié)點(diǎn),劃分出更多的相交集合覆蓋目標(biāo),網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間得以延長(zhǎng)。設(shè)計(jì)了機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),給出了機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)計(jì),并進(jìn)行了組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)研究。通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到機(jī)艙溫度信息,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基本達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,應(yīng)用改進(jìn)粒子群算法對(duì)機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行目標(biāo)覆蓋分析求解,可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)及工作方式,有效的節(jié)約了傳感器節(jié)點(diǎn)的能量,延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)的工作時(shí)間。
【關(guān)鍵詞】：船舶機(jī)艙 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 目標(biāo)覆蓋 粒子群算法 網(wǎng)絡(luò)生命周期
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U665.2
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-29
• 1.1 課題研究的目的和意義13-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-26
• 1.2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)機(jī)艙監(jiān)測(cè)研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋研究現(xiàn)狀17-22
• 1.2.3 粒子群算法研究現(xiàn)狀22-26
• 1.3 研究存在的問題26
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容26-29
• 第2章 有限能量機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)覆蓋問題研究29-48
• 2.1 引言29
• 2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)覆蓋建模分析29-33
• 2.2.1 整數(shù)規(guī)劃問題29-30
• 2.2.2 概率感知模型30-31
• 2.2.3 有限能量目標(biāo)覆蓋問題描述31-33
• 2.3 環(huán)型拓?fù)湫∩沉Ｗ尤核惴ǖ奶岢?/span>33-40
• 2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法33-35
• 2.3.2 粒子群算法離散化35
• 2.3.3 環(huán)型拓?fù)湫∩沉Ｗ尤核惴?/span>35-40
• 2.4 有限能量目標(biāo)覆蓋問題的計(jì)算求解40-47
• 2.4.1 算法的仿真測(cè)試40-45
• 2.4.2 有限能量目標(biāo)覆蓋仿真計(jì)算及分析45-47
• 2.5 本章小結(jié)47-48
• 第3章 不相交集機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式的研究48-64
• 3.1 引言48
• 3.2 不相交集覆蓋方式數(shù)學(xué)建模48-50
• 3.2.1 不相交集覆蓋問題描述48-50
• 3.2.2 不相交集覆蓋數(shù)學(xué)模型50
• 3.3 小生境粒子群算法本地搜索策略的研究50-55
• 3.3.1 本地搜索方式分類50-52
• 3.3.2 本地搜索小生境粒子群算法52-55
• 3.4 不相交集目標(biāo)覆蓋問題的計(jì)算求解55-63
• 3.4.1 算法的仿真測(cè)試55-60
• 3.4.2 仿真算例分析60-63
• 3.5 本章小結(jié)63-64
• 第4章 相交集機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)覆蓋機(jī)理研究64-80
• 4.1 引言64
• 4.2 相交集機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)覆蓋特征描述64-68
• 4.2.1 相交集覆蓋定義64-67
• 4.2.2 相交集覆蓋數(shù)學(xué)模型67-68
• 4.3 相交集目標(biāo)覆蓋混沌跳躍粒子群算法分析68-72
• 4.4 相交集目標(biāo)覆蓋問題的計(jì)算求解72-79
• 4.4.1 算法的仿真測(cè)試72-76
• 4.4.2 仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析76-79
• 4.5 本章小結(jié)79-80
• 第5章 機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組網(wǎng)實(shí)踐80-96
• 5.1 中心節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)80-84
• 5.1.1 微處理器模塊的設(shè)計(jì)80-82
• 5.1.2 通信模塊的設(shè)計(jì)82-84
• 5.2 傳感器節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)84-86
• 5.2.1 電源模塊的設(shè)計(jì)84-85
• 5.2.2 溫濕度采集模塊的設(shè)計(jì)85-86
• 5.3 機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建86-89
• 5.3.1 基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)86-88
• 5.3.2 機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)物理模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)88-89
• 5.4 組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)及網(wǎng)絡(luò)生命周期研究89-95
• 5.4.1 節(jié)點(diǎn)通信距離與穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)89-90
• 5.4.2 組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)90-95
• 5.5 本章小結(jié)95-96
• 第6章 結(jié)論與展望96-99
• 6.1 全文總結(jié)96-97
• 6.2 研究展望97-99
• 參考文獻(xiàn)99-109
• 攻讀學(xué)位期間公開發(fā)表論文109-110
• 作者簡(jiǎn)介110

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

1 胡順強(qiáng);劉彥呈;周飛云;;基于WSN與現(xiàn)場(chǎng)總線的機(jī)艙監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)研究[J];船電技術(shù);2011年10期

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3 費(fèi)春國(guó);韓正之;;一種改進(jìn)的混沌優(yōu)化算法[J];控制理論與應(yīng)用;2006年03期

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5 李建中,李金寶,石勝飛;傳感器網(wǎng)絡(luò)及其數(shù)據(jù)管理的概念、問題與進(jìn)展[J];軟件學(xué)報(bào);2003年10期

6 馬善偉;劉峗;;無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在船舶機(jī)艙中的應(yīng)用研究[J];上海造船;2008年01期

7 Md Nafees Rahman;M A Matin;;Efficient Algorithm for Prolonging Network Lifetime of Wireless Sensor Networks[J];Tsinghua Science and Technology;2011年06期

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本文編號(hào)：717766