【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是將大量的傳感器感知節(jié)點(diǎn)散布在監(jiān)測區(qū)域中,通過節(jié)點(diǎn)之間的無線信息傳輸形成的自組網(wǎng)。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工作環(huán)境復(fù)雜,傳感器節(jié)點(diǎn)更換電源不便,網(wǎng)絡(luò)的覆蓋控制問題成為研究核心,它決定了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對監(jiān)測區(qū)域的覆蓋率和網(wǎng)絡(luò)的整體壽命,直接反映出了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測質(zhì)量。采用合理的覆蓋策略,可以對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化部署,以達(dá)到對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的有效利用。本文主要研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)感知節(jié)點(diǎn)的部署覆蓋問題,以標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法和社會粒子群算法為切入點(diǎn),建立起無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋模型,提出通過動態(tài)調(diào)節(jié)傳感器節(jié)點(diǎn)感知半徑以及自適應(yīng)慣性權(quán)重系數(shù)的方法來達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率,降低能耗,保證覆蓋質(zhì)量的目的。論文的主要內(nèi)容如下:(1)研究分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的感知半徑對整個網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化性能的影響。由于節(jié)點(diǎn)的能量是有限的,感知半徑越大節(jié)點(diǎn)的能耗也就越大,因此提出一種可以動態(tài)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)感知半徑的覆蓋策略,其主要思路是:通過引入能耗系數(shù)的概念,判斷節(jié)點(diǎn)的能耗大小,從而動態(tài)改變節(jié)點(diǎn)的感知半徑,以達(dá)到對監(jiān)測區(qū)域的高質(zhì)量覆蓋。分別利用標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法和社會粒子群算法對傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋模型進(jìn)行優(yōu)化,并通過MATLAB仿真進(jìn)行分析驗(yàn)證,結(jié)果表明:第一,社會粒子群算法在對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化模型中的效果要優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法;第二,證明了通過調(diào)節(jié)傳感器節(jié)點(diǎn)的感知半徑可以提升整個網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率。從MATLAB仿真結(jié)果可以看出,該策略可以在提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋率的同時降低網(wǎng)絡(luò)能耗,達(dá)到優(yōu)化目的。(2)針對標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法速度公式中慣性權(quán)重系數(shù)的特性進(jìn)行分析,其隨著迭代次數(shù)的增大線性減小,在整個過程中對粒子的歸并程度和演化程度未做太多考慮,因此提出了一種自適應(yīng)慣性權(quán)重的粒子群算法,將其應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題。從MATLAB對比的仿真結(jié)果可以看出,這種自適應(yīng)策略的改進(jìn)是有效的。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP212.9;TN929.5;TP18
【圖文】：

圖 3.4 覆蓋率隨迭代次數(shù)變化中可以看出，在 0 到 100 次迭代過程中，曲線斜率較大，說明標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法在計算迭代中都在快速接近群體最優(yōu)值，而隨著迭代次數(shù)的可以看到，曲線斜率變化已經(jīng)很緩慢了，說明兩種算法都已在群體最時在整個迭代過程中也可以看出，社會粒子群算法的尋優(yōu)能力要強(qiáng)于假設(shè)條件下，我們繼續(xù)研究傳感器節(jié)點(diǎn)的感知半徑變化對覆蓋率的影表 3.1 迭代次數(shù)與覆蓋率關(guān)系表感知半徑（米） 2 3 4 子群迭代次數(shù) 732 367 301 2覆蓋率 56.71 87.63 95.32 1迭代次數(shù) 691 249 212 1

圖 3.5 迭代次數(shù)隨感知半徑變化橫軸表示傳感器節(jié)點(diǎn)的感知半徑，縱坐標(biāo)表示粒子群收線可以看出來，感知半徑比較小的時候兩種算法的收斂如在傳感器節(jié)點(diǎn)的感知半徑為 2 米時，采用標(biāo)準(zhǔn)粒子群群算法收斂所需要的迭代次數(shù)為 691 次；在節(jié)點(diǎn)感知半收斂所需要的迭代次數(shù)為 367 次，社會粒子群算法收斂所中可見在此段斜率較大，說明感知半徑增大對提高算法點(diǎn)的感知半徑超過 4 米時，從曲線斜率的變化可知，感知的影響已經(jīng)較小。

圖 3.5 迭代次數(shù)隨感知半徑變化中，橫軸表示傳感器節(jié)點(diǎn)的感知半徑，縱坐標(biāo)表示粒子群收斂所中折線可以看出來，感知半徑比較小的時候兩種算法的收斂所需，比如在傳感器節(jié)點(diǎn)的感知半徑為 2 米時，采用標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法粒子群算法收斂所需要的迭代次數(shù)為 691 次；在節(jié)點(diǎn)感知半徑為法收斂所需要的迭代次數(shù)為 367 次，社會粒子群算法收斂所需要從圖中可見在此段斜率較大，說明感知半徑增大對提高算法的收節(jié)點(diǎn)的感知半徑超過 4 米時，從曲線斜率的變化可知，感知半徑度的影響已經(jīng)較小。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 韓江洪;李正榮;魏振春;;一種自適應(yīng)粒子群優(yōu)化算法及其仿真研究[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報;2006年10期

2 馬華東;陶丹;;多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)及其研究進(jìn)展[J];軟件學(xué)報;2006年09期

3 任彥;張思東;張宏科;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中覆蓋控制理論與算法[J];軟件學(xué)報;2006年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王婷婷;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化方法研究[D];中國礦業(yè)大學(xué);2016年

本文編號：2765554