無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量具有感知、計算、通信功能的傳感器節(jié)點構(gòu)成。節(jié)點具有微型、廉價、低功耗的嵌入式系統(tǒng),它們之間相互協(xié)調(diào)形成多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有分布式和自組織性、動態(tài)拓撲性、能源受限、運算存儲通訊功能受限、規(guī)模大分布廣、以數(shù)據(jù)為中心、多跳路由等特征,這種新興交叉型信息捕捉技術(shù)被普遍地運用于軍隊防御、健康管理、環(huán)境監(jiān)測、自然抗災(zāi)、農(nóng)業(yè)設(shè)備、交通治理、智能家居等眾多領(lǐng)域。因此,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)受到商業(yè)界與學(xué)術(shù)界的密切關(guān)注和探索�？紤]到無線傳感器節(jié)點感知半徑長度有限以及部署環(huán)境復(fù)雜,網(wǎng)絡(luò)在監(jiān)測過程中存在信息無效捕獲與能源耗費較大等情況,所以如何提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋率與網(wǎng)絡(luò)壽命成為一項關(guān)鍵的研究論題。本選題根據(jù)覆蓋與資源這兩個關(guān)鍵要點展開對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化鉆研。本文創(chuàng)新主要包括以下方面:(1)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)確定型部署覆蓋率優(yōu)化研究。針對指定區(qū)域的無線傳感器節(jié)點確定型部署,提出一種基于改良粒子群算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋率優(yōu)化。以改動節(jié)點的初始部署位置來提升區(qū)域覆蓋面積為主要思想,結(jié)合粒子群優(yōu)化算法進行優(yōu)化求解。實驗結(jié)果顯示,在標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法下不同感知半徑對網(wǎng)絡(luò)覆蓋率優(yōu)化的效果不同以及給出標(biāo)準(zhǔn)粒子群、混沌粒子群、交叉粒子群這三種算法的優(yōu)化性能對照圖;并證明了后兩種算法求解的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率比第一種算法較優(yōu)。(2)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)隨機型部署周期調(diào)度方案。考慮到傳感器節(jié)點規(guī)模很大或部署的區(qū)域環(huán)境極其復(fù)雜時等情況,工作人員很難進入監(jiān)測區(qū)域更換節(jié)點的電池、節(jié)點位置也很難進行精確的調(diào)整,比較實際的措施是把節(jié)點隨機地灑落在指定監(jiān)測區(qū)域。針對無線傳感器節(jié)點隨機型部署,提出了一種基于多種群遺傳算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)周期調(diào)度優(yōu)化方案。通過分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)隨機型部署的能量捕獲問題,分別研究了同步和異步網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中周期調(diào)度優(yōu)化問題,并選用標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法、多種群遺傳算法得到最優(yōu)周期調(diào)度方案及相應(yīng)算法迭代過程對照圖。仿真實驗及分析表明,該方案不僅保證了給定事件捕獲率,還較好地實現(xiàn)了能量高效捕獲。(3)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命與效用的跨層優(yōu)化。針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能源有限問題,提出一種跨介質(zhì)訪問層與流量傳輸層優(yōu)化模型。構(gòu)造基于提升無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命和效用為目標(biāo)、滿足鏈路傳輸容量和保障無線傳感器網(wǎng)絡(luò)壽命為條件的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型。采用加權(quán)法將雙目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)優(yōu)化,通過拉格朗日垂直分解法將原問題劃分為介質(zhì)訪問控制層和流量傳輸控制層的兩個單一層優(yōu)化問題,再根據(jù)梯度投影法推出鏈路傳輸概率、拉格朗日乘子的更新公式,最后得到優(yōu)化解決方案。實驗結(jié)果證明,該方案在支持網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)壽命和鏈路傳輸容量的基礎(chǔ)上,兼顧優(yōu)化了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用效用及壽命。
【學(xué)位單位】：西安郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP212.9;TN929.5
【部分圖文】：

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

【參考文獻】

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本文編號：2829728