【摘要】：近年來(lái)有向傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠在工農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事等重要領(lǐng)域得到普遍的應(yīng)用,得益于視頻、超聲波諸類傳感器對(duì)圖像、視音頻等多媒體信息的有效采集和處理。而有向傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量的保證,是相關(guān)工作開(kāi)展的必要前提。在有向傳感器網(wǎng)絡(luò)中,合理的覆蓋控制策略決定著網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的高低。網(wǎng)絡(luò)中分布著一定數(shù)量的有向傳感器節(jié)點(diǎn),只有使得傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)監(jiān)測(cè)目標(biāo)或監(jiān)測(cè)區(qū)域具備有效感知,才能保證節(jié)點(diǎn)獲取到有效且完整的信息數(shù)據(jù)。在現(xiàn)有有向傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制方法的研究中,虛擬力是近幾年來(lái)優(yōu)化效果較為突出的方法模型,因此,研究虛擬力算法并進(jìn)行相應(yīng)修正對(duì)提升有向傳感器監(jiān)測(cè)性能具有重大意義。本文基于以往虛擬力的算法研究思想,針對(duì)其一些不合理,不完善的算法模型,提出了改進(jìn)虛擬力的優(yōu)化算法。本文重點(diǎn)圍繞傳感器區(qū)域覆蓋、節(jié)點(diǎn)能耗均衡策略、目標(biāo)移動(dòng)路徑覆蓋等一系列問(wèn)題展開(kāi)了深入研究,本文主要的研究工作和成果如下:1.研究了可旋轉(zhuǎn)的有向傳感器模型感知特性,依托虛擬勢(shì)場(chǎng)的覆蓋優(yōu)化方法,根據(jù)虛擬力思想易陷入局部次優(yōu)解以及存在不合理斥力的情況,設(shè)計(jì)出一種改進(jìn)虛擬力的區(qū)域覆蓋優(yōu)化算法,通過(guò)對(duì)虛擬力合理添加修正指標(biāo),提高監(jiān)測(cè)區(qū)域的覆蓋率。一系列仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的可行性和有效性。2.分析傳感器節(jié)點(diǎn)能耗問(wèn)題,定義節(jié)點(diǎn)的能耗指標(biāo)模型,讓節(jié)點(diǎn)依據(jù)自身剩余能量對(duì)所受虛擬力進(jìn)行判斷修改,權(quán)衡轉(zhuǎn)動(dòng)角度和能耗的關(guān)系,在保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量的前提下,最大化均衡節(jié)點(diǎn)能量和降低網(wǎng)絡(luò)能耗,延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制的時(shí)間。3.針對(duì)移動(dòng)目標(biāo)路徑覆蓋問(wèn)題進(jìn)行研究,分析目標(biāo)移動(dòng)路徑的特性,以路徑軌跡點(diǎn)為導(dǎo)向,設(shè)計(jì)出一種引力勢(shì)場(chǎng)增強(qiáng)的目標(biāo)路徑覆蓋策略,優(yōu)先覆蓋重要軌跡點(diǎn)并以共同軌跡點(diǎn)覆蓋率修正節(jié)點(diǎn)間斥力,全面提高目標(biāo)路徑的整體覆蓋率。4.將虛擬力修正的有向傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋算法運(yùn)用到小水電廠區(qū)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),利用C/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)廠區(qū)監(jiān)控、入侵預(yù)警、節(jié)能管理和決策管理等一系列功能。本文著力研究基于虛擬力的有向傳感器覆蓋控制算法,并依據(jù)其不合理不完善之處,改進(jìn)虛擬力,擴(kuò)展區(qū)域覆蓋的研究,加入節(jié)點(diǎn)能耗均衡的考慮,優(yōu)化目標(biāo)路徑的高效覆蓋策略。
【圖文】：

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文最少剩余能量占比是指在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)調(diào)整優(yōu)化結(jié)束后，節(jié)點(diǎn)中的最少剩余能量與初始能量的比值，該值能夠反映出節(jié)點(diǎn)的能量利用率，是旋轉(zhuǎn)調(diào)整能耗多還是正常感知能耗多。（4）剩余能量標(biāo)準(zhǔn)差剩余能量標(biāo)準(zhǔn)差是對(duì)算法優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)剩余能量所求得的標(biāo)準(zhǔn)差，該值能夠正確反映出節(jié)點(diǎn)感知方向調(diào)整過(guò)程中能耗均衡問(wèn)題，是本章研究問(wèn)題的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)這些評(píng)價(jià)指標(biāo)并基于上述所設(shè)置的仿真參數(shù)，在節(jié)點(diǎn)調(diào)整迭代次數(shù)設(shè)定為 40 個(gè)周期下，對(duì)三種算法進(jìn)行了多次的實(shí)驗(yàn)仿真，所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)取均值后繪制如下圖 4-6和圖 4-7 所示。

浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文測(cè)的能量則所占不多，不利于網(wǎng)絡(luò)對(duì)周圍事物感知監(jiān)控這一主要任務(wù)的實(shí)施和持續(xù)。但EBPFCEA 算法則兼顧各節(jié)點(diǎn)的剩余能量，將各節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)調(diào)整能耗降到最低，使得節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)感知監(jiān)控任務(wù)時(shí)，仍具有原百分之九十的能量，有效地控制了調(diào)整階段的能耗，提高了節(jié)點(diǎn)的能量利用率。同時(shí)圖 4-7(b)也顯示出了該算法對(duì)節(jié)點(diǎn)能耗均衡的可行性，，節(jié)點(diǎn)剩余能量多則所受虛擬斥力大，調(diào)整旋轉(zhuǎn)角度大，“能者多動(dòng)”這一原則使得各節(jié)點(diǎn)能耗保持均等。而 PFCEA 算法中節(jié)點(diǎn)能耗均衡則是由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)每一次感知方向的調(diào)整都采用固定角度旋轉(zhuǎn)，因而各節(jié)點(diǎn)的能耗量基本都一樣，除非存在小部分節(jié)點(diǎn)所受虛擬斥力小于閾值，不轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而沒(méi)有產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)能耗。MVPFCEA 算法節(jié)點(diǎn)調(diào)整感知方向過(guò)程時(shí)中則是典型地依據(jù)了節(jié)點(diǎn)所受虛擬力大小改變旋轉(zhuǎn)角度大小，旋轉(zhuǎn)能耗的差異化導(dǎo)致后續(xù)各節(jié)點(diǎn)的剩余能量參差不齊，不利于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生命周期的延長(zhǎng)。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5

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