本文關(guān)鍵詞：基于改進(jìn)量子粒子群的WSN網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化研究

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【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)綜合了傳感器技術(shù)、微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信等技術(shù),由大量價(jià)格低廉的傳感器節(jié)點(diǎn)組成。因?yàn)槠渚哂懈弑O(jiān)測精度、高容錯(cuò)性、大覆蓋區(qū)域、可遠(yuǎn)程監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于軍事、農(nóng)業(yè)和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。由于每個(gè)傳感器的感知范圍有限,為保證整個(gè)區(qū)域都在監(jiān)測范圍之內(nèi),就需要確定合適的覆蓋策略,使WSN網(wǎng)絡(luò)覆蓋趨于最大化。此外,WSN網(wǎng)絡(luò)通常部署在惡劣甚至非常危險(xiǎn)的環(huán)境中,WSN節(jié)點(diǎn)的電源更換、電池再充電等工作往往無法進(jìn)行。因此,在WSN覆蓋問題研究中,除了以網(wǎng)絡(luò)的最大化覆蓋為優(yōu)化目標(biāo)外,還需要探討節(jié)點(diǎn)的感知范圍與能量消耗之間的關(guān)系,以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的WSN優(yōu)化部署。論文針對WSN節(jié)能、優(yōu)化部署問題展開研究,以粒子群、量子粒子群理論為基礎(chǔ),建立了WSN覆蓋優(yōu)化模型,提出了改進(jìn)的量子粒子群WSN部署算法,它通過動(dòng)態(tài)調(diào)整感知半徑有效地減小了節(jié)點(diǎn)能量消耗,實(shí)現(xiàn)了90%以上的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率。論文結(jié)構(gòu)安排如下:第1章介紹了WSN網(wǎng)絡(luò)概念、論文研究背景和意義,以及研究現(xiàn)狀。第2章介紹WSN部署相關(guān)問題以及典型的網(wǎng)絡(luò)覆蓋算法。第3章研究了基本粒子群算法在WSN部署中的應(yīng)用,提出了一種改進(jìn)的量子粒子群網(wǎng)絡(luò)部署算法;分析了感知半徑對WSN覆蓋性能的影響,通過動(dòng)態(tài)調(diào)整感知半徑,從覆蓋率和能耗角度出發(fā)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)部署。第4章對提出的改進(jìn)量子粒子群WSN部署算法進(jìn)行性能仿真與分析。結(jié)論部分對全文進(jìn)行總結(jié),指出本論文的不足之處,并對其發(fā)展方向進(jìn)行展望。第3章和第4章是本文的研究重點(diǎn)。在第3章中,考慮到粒子群算法不能保證全局收斂,量子粒子群算法具有很強(qiáng)的全局優(yōu)化能力,但量子粒子群的區(qū)域重復(fù)覆蓋率較高,因此對量子粒子群算法進(jìn)行了改進(jìn):在量子粒子群算法的位置進(jìn)化方程中引進(jìn)了“擬萬有引力”和“擬庫侖力”兩個(gè)影響因子,這樣可以合理調(diào)節(jié)傳感器節(jié)點(diǎn)之間的距離,在降低區(qū)域重復(fù)覆蓋率的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)快速尋優(yōu)。此外,由于每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)感知半徑不同,能耗也不同,通過動(dòng)態(tài)調(diào)整感知半徑,可以使每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)消耗的能量趨于最小化,實(shí)現(xiàn)WSN覆蓋的最優(yōu)化、節(jié)能化。第4章是是算法的性能仿真,結(jié)果表明:改進(jìn)的量子粒子群WSN網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化算法在覆蓋率以及收斂速度方面均優(yōu)于粒子群算法和量子粒子群算法,同時(shí)該算法在降低網(wǎng)絡(luò)能耗方面也具有一定優(yōu)勢。
【關(guān)鍵詞】：PSO QPSO 擬萬有引力 擬庫侖力 能耗均衡
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 論文研究背景9
• 1.2 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)9-12
• 1.2.1 WSN系統(tǒng)組成9-10
• 1.2.2 無線傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)10-11
• 1.2.3 無線傳感網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)11-12
• 1.3 無線傳感網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4 研究意義13
• 1.5 論文的主要工作及結(jié)構(gòu)安排13-14
• 1.6 本章小結(jié)14-15
• 2 WSN網(wǎng)絡(luò)部署問題相關(guān)研究15-28
• 2.1 覆蓋問題15-21
• 2.1.1 基本概念15-16
• 2.1.2 節(jié)點(diǎn)感知模型16-18
• 2.1.3 覆蓋類型18-20
• 2.1.4 覆蓋性能指標(biāo)20-21
• 2.2 典型的覆蓋控制算法21-25
• 2.2.1 基于計(jì)算幾何學(xué)的覆蓋策略22-24
• 2.2.2 基于能量有效的擴(kuò)展覆蓋24
• 2.2.3 基于領(lǐng)土捕食者的氣味標(biāo)記法覆蓋控制策略24-25
• 2.3 能耗問題25-27
• 2.3.1 WSN網(wǎng)絡(luò)中能量消耗分析25-26
• 2.3.2 降低能耗延長網(wǎng)絡(luò)生命周期的主要方式26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-28
• 3 基于改進(jìn)量子粒子群的WSN網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化研究28-41
• 3.1 粒子群算法28-30
• 3.1.1 基本粒子群算法原理28-30
• 3.1.2 基本粒子群算法存在的問題30
• 3.2 量子粒子群算法30-32
• 3.2.1 量子粒子群算法原理30-31
• 3.2.2 PSO算法和QPSO算法比較31-32
• 3.3 擬物力算法原理32-33
• 3.3.1“擬萬有引力”模型32
• 3.3.2“擬庫侖力”模型32-33
• 3.4 改進(jìn)的粒子群算法基本原理33-34
• 3.5 改進(jìn)量子粒子群算法34-40
• 3.5.1 改進(jìn)量子粒子群算法設(shè)計(jì)34-35
• 3.5.2 改進(jìn)量子粒子群算法流程35-36
• 3.5.3 動(dòng)態(tài)調(diào)整感知半徑均衡能耗36-37
• 3.5.4 覆蓋優(yōu)化模型的建立37-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 4 算法性能分析與仿真41-50
• 4.1 仿真參數(shù)的設(shè)置和環(huán)境假設(shè)41
• 4.2 仿真結(jié)果及分析41-49
• 4.2.1 改進(jìn)量子粒子群算法覆蓋性能仿真結(jié)果及分析41-45
• 4.2.2 權(quán)重參數(shù) μ1和半徑加速因子 λ 對能耗的影響45-46
• 4.2.3 感知半徑對覆蓋性能的影響46-49
• 4.3 本章小結(jié)49-50
• 結(jié)論50-52
• 致謝52-53
• 參考文獻(xiàn)53-56
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果56

【參考文獻(xiàn)】

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6 唐俊;;PSO算法原理及應(yīng)用[J];計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展;2010年02期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

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2 林祝亮;基于粒子群算法的無線傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題優(yōu)化策略研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2009年

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本文編號(hào)：603829