【摘要】：目前,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。傳感器節(jié)點(diǎn)能夠感知數(shù)據(jù),存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù),節(jié)點(diǎn)間能通過協(xié)作的方式把數(shù)據(jù)信息傳送給用戶。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,覆蓋能力對(duì)物理監(jiān)測(cè)區(qū)域或目標(biāo)的服務(wù)質(zhì)量和感知能力有重要影響,而節(jié)點(diǎn)間是否連通則影響了節(jié)點(diǎn)間互相接收和發(fā)送數(shù)據(jù),從而影響用戶對(duì)數(shù)據(jù)的接收。因而,覆蓋和連通是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)值得關(guān)注的重要問題,嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的能耗和生存期。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,感知節(jié)點(diǎn)對(duì)目標(biāo)或區(qū)域的正確覆蓋是必須首先保證的,后續(xù)的感知工作才能夠進(jìn)行。若未能保證對(duì)目標(biāo)和感知區(qū)域的覆蓋和連通,WSN就無法對(duì)被監(jiān)測(cè)目標(biāo)或區(qū)域的進(jìn)行物理量監(jiān)測(cè),網(wǎng)絡(luò)的可用性也會(huì)喪失。同樣,若在覆蓋目標(biāo)的過程中沒有合理的拓?fù)淇刂坪凸?jié)點(diǎn)輪值,就會(huì)很快耗盡網(wǎng)絡(luò)的能量,進(jìn)而威脅到網(wǎng)絡(luò)的生命周期。因此,在WSN的覆蓋控制中,需要針對(duì)監(jiān)測(cè)任務(wù)制定合適的區(qū)域或目標(biāo)監(jiān)測(cè)方案、拓?fù)淇刂品桨讣肮?jié)點(diǎn)輪值順序。簡(jiǎn)要介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題的研究現(xiàn)狀,對(duì)多種智能優(yōu)化算法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)了一種基于二進(jìn)制入侵雜草算法的覆蓋優(yōu)化方法。首先在原始的入侵雜草算法(IWO)的基礎(chǔ)上,優(yōu)化了雜草的編碼與種子的產(chǎn)生方法,雜草由二進(jìn)制編碼組成;父代雜草種群的每一位將其根據(jù)特定映射方式轉(zhuǎn)換成變異的概率去產(chǎn)生種子,并通過特定的計(jì)算方法確定變異的位。其次,為了克服入侵雜草算法的缺點(diǎn),使BIWO算法具有更強(qiáng)的收斂性,解更具多樣性,從而找到全局最優(yōu)解,雜草種群的生成采用自適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差。最后,在Matlab環(huán)境下進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題上,把利用改進(jìn)的BIWO算法和遺傳算法的優(yōu)化的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。另外,將不同優(yōu)化策略在不同節(jié)點(diǎn)數(shù)目和節(jié)點(diǎn)工作輪數(shù)的情況下對(duì)節(jié)點(diǎn)的覆蓋率和死亡率進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明BIWO具有更好的收斂性能并可以顯著提高目標(biāo)覆蓋率、延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。提出了一種基于最短路徑的能夠滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋與連通要求的覆蓋連通算法(SAGCC)。該算法的主要目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)覆蓋連通集。首先,根據(jù)構(gòu)建節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)集合確定節(jié)點(diǎn)是否為冗余節(jié)點(diǎn),沒有休眠的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài);其次,冗余節(jié)點(diǎn)進(jìn)入準(zhǔn)備休眠狀態(tài),沒有休眠的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài),保證網(wǎng)絡(luò)有限的能量得到更加有效和合理的利用,從而避免產(chǎn)生覆蓋盲區(qū)。最后,為確保網(wǎng)絡(luò)連通,須把最短路徑上的輔助節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)。在Linux平臺(tái)下采用了NS-2對(duì)算法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明,隨著部署節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加,SAGCC仍能保持相對(duì)穩(wěn)定的工作節(jié)點(diǎn)數(shù)目;在覆蓋/連通比度、網(wǎng)絡(luò)覆蓋率等方面比大多數(shù)基于同構(gòu)WSN覆蓋連通算法表現(xiàn)更好;在網(wǎng)絡(luò)生命周期方面,比多數(shù)基于同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)更好,與基于異構(gòu)WSN覆蓋連通算法相近。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(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
【圖文】：

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks,WSN）引起了科技工作者極大的關(guān)注。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)δ硞�(gè)區(qū)域或者目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過節(jié)點(diǎn)間的協(xié)作，能夠及時(shí)、快速、方便把信息傳送給用戶[1]。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織、大規(guī)模、動(dòng)態(tài)性等特性使之很多領(lǐng)域均發(fā)揮著非常重要作用，比如軍事、環(huán)境科學(xué)、健康領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)等[2]。1.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由匯聚節(jié)點(diǎn)、傳感器節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)組成[2]。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由傳感器節(jié)點(diǎn)完成，節(jié)點(diǎn)間通過協(xié)作逐跳地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，經(jīng)過多次路由，最終達(dá)到匯聚節(jié)點(diǎn)。通過衛(wèi)星或互聯(lián)網(wǎng)，管理節(jié)點(diǎn)能接收匯聚節(jié)點(diǎn)發(fā)送的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，而后發(fā)送給用戶，用戶可以對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和配置。其體系結(jié)構(gòu)如下圖 1.1 所示[3]：

8圖 1.2 無線傳感器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)圖1.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量供應(yīng)和消耗傳感器節(jié)點(diǎn)通常是由能量有限的電池供電的，其首要性能指標(biāo)是工作壽命，也目前該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)問題。如果有一些節(jié)點(diǎn)能量耗盡后不可用影響網(wǎng)絡(luò)的可用性，導(dǎo)致無法完成監(jiān)測(cè)任務(wù)，就稱這個(gè)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)死亡。而節(jié)點(diǎn)的能量供應(yīng)水平和消耗能量的速度共同決定了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命[8]。下面我們能量的供應(yīng)和消耗來分析其能量問題。1. 能量供應(yīng)傳感器節(jié)點(diǎn)的電源模塊一般采用容量有限的微型電池，然而由于通常應(yīng)用場(chǎng)合比較特殊，當(dāng)電池能量用光時(shí)，通常無法對(duì)其充電或更換電池[5]。節(jié)點(diǎn)通常在電源能量耗盡后，就會(huì)死亡或者失效。該問題嚴(yán)重影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和發(fā)展[9]。2. 能量消耗無線通信能耗與通信距離有關(guān)，通信距離越大，能耗就越大。對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)來說，執(zhí)行計(jì)算指令比傳輸信息消耗的能量要少得多。因此，必須在節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息的采集與傳輸過程中管理對(duì)節(jié)點(diǎn)的能耗，盡可能讓每個(gè)節(jié)點(diǎn)均衡地消耗能量，使節(jié)點(diǎn)的能量的利用地更加有效，從而延長(zhǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命[10]。一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常需要部署的節(jié)點(diǎn)數(shù)目較多，因而需要較大成本的[11]。如果一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期太短無法獲得足夠多的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為了完成監(jiān)測(cè)任務(wù)，可能需要多次部署，從而需要更大

圖 2.1 柵欄覆蓋覆蓋蓋要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠完全監(jiān)測(cè)整個(gè)目標(biāo)區(qū)域，區(qū)域內(nèi)的任意一點(diǎn)至少能被某個(gè)節(jié)點(diǎn)感知到。圖 2.2 所示。其中，圓盤表示每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的覆蓋范于休眠狀態(tài)，綠色的圓表示傳感器節(jié)點(diǎn)在工作，從圖覆蓋了圖中矩形區(qū)域。

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10 高靜;李建中;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集算法研究進(jìn)展[A];黑龍江省計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)2009年學(xué)術(shù)交流年會(huì)論文集[C];2010年

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3 賽迪顧問半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)研究中心分析師 李龍;工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品前景廣闊[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2015年

4 張慶佳;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)[N];人民郵電;2015年

5 樊哲高;我國(guó)傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作取得新進(jìn)展[N];中國(guó)電子報(bào);2012年

6 本報(bào)記者 王博;傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)取得新進(jìn)展[N];計(jì)算機(jī)世界;2012年

7 本報(bào)記者 趙建國(guó);無線傳感器網(wǎng)絡(luò)改變未來世界[N];中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào);2011年

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9 賽迪顧問信息產(chǎn)業(yè)研究中心高級(jí)咨詢顧問 王坤;國(guó)際物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用概況[N];通信產(chǎn)業(yè)報(bào);2009年

10 記者 張平陽;傳感器網(wǎng)絡(luò)助力精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)[N];西安日?qǐng)?bào);2009年

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