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无线传感器网络节点覆盖技术的研究

作　者: 薛政
导　师: 刘艳秋
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 系统工程
关键词: 无线传感器网络 覆盖优化 遗传算法 移动节点 工作节点集
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


无线传感器网络是以大量的微传感器节点为单元构成的自组织分布式网络系统，这些传感器具有成本低、功耗小的特点，以及感知、计算和无线通信能力，无线传感器网络要实现对目标或环境的观察与感知，主要依靠这些传感器节点自身携带的感知器件来完成指定任务，这种新兴的信息获取技术由传感器技术、无线通信和嵌入式计算技术、微机电技术的发展衍生而来，使人类与自然界的交互方式得到了改善。只有保证无线传感器节点能有效覆盖被监测区域或目标，才能使无线传感器网络完成目标监测和信息获取任务，因此节点的覆盖问题成为无线传感器网络的核心，它是决定无线传感器网络的感知范围和所能提供的“感知”服务质量的关键。因此为保证无线传感器节点可以覆盖到所有被监测区域，需要采取合适的覆盖控制策略。无线传感器网络中，尽可能少地将高密度随机分布的传感器节点投入活跃工作状态，可以达到节约能耗的目的。如何在达到目标区域的最大覆盖程度的同时满足工作节点数目最少的节点集合，是一个NP难问题。本文针对无线传感器网络中工作节点集的优化选取问题，着眼于最大化网络覆盖率和最小化节点数目这一目标，在建立最小化网络冗余的数学模型的基础上提出一种基于遗传算法的覆盖控制优化策略，本文采用禁忌思想，文中设计了两种禁忌操作，在有效搜索局部范围的同时实现了优化全局搜索。对仿真实验的分析表明，该策略快速高效地实现了工作节点集的优化选取。无线传感器网络研究的另一核心问题是传感器节点的位置优化，传统的虚拟力导向算法不能使一些混合式传感器网络中的移动节点挣脱固定节点的虚拟力束缚，出现了无法全局覆盖优化的缺陷。针对这一问题，本文提出了一种移动节点覆盖控制策略，该策略采用移动节点的手段使无线传感器网络实现网络结构的动态重组，最终使网络覆盖范围达到最大化，同时可增强网络的可靠性。仿真实验表明，本文的优化策略大大提高了网络的整体覆盖率，有效解决了无线传感器网络中移动节点位置优化问题。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 课题的研究背景及意义  10-12
  1.2 国内外发展状况  12-17
    1.2.1 无线传感器技术发展现状  12-14
    1.2.2 无线覆盖控制策略研究现状  14-17
  1.3 课题研究的主要内容  17-18
第二章 研究基础  18-32
  2.1 无线传感器网络的相关理论  18-23
    2.1.1 WSN 概念  18
    2.1.2 无线传感器网络的构成与特点  18-21
    2.1.3 无线传感器网络研究基础  21-22
    2.1.4 无线传感器网络的应用  22-23
  2.2 无线传感器网络覆盖技术  23-28
    2.2.1 无线传感器网络覆盖问题  23-25
    2.2.2 覆盖控制策略的分类  25-26
    2.2.3 典型的无线传感器网络覆盖问题算法  26-28
  2.3 遗传算法概述  28-32
    2.3.1 遗传算法及其特点  28-30
    2.3.2 遗传算法的研究背景  30-31
    2.3.3 遗传算法的发展及研究现状  31-32
第三章 基于改进 GA 的网络节点覆盖优化研究  32-47
  3.1 遗传算法的实现技术  32-34
  3.2 无线传感器网络节点覆盖问题目标分析  34-37
    3.2.1 问题描述  34-35
    3.2.2 目标函数  35-37
  3.3 基于遗传算法的求解方法设计  37-40
    3.3.1 禁忌算法的设计描述  37-38
    3.3.2 网络拓扑的编码设计  38-39
    3.3.3 网络拓扑的编码设计  39
    3.3.4 覆盖控制优化策略  39-40
  3.4 算法仿真与性能分析  40-47
    3.4.1 实验仿真  40-43
    3.4.2 算法性能分析  43-47
第四章 WSN 中移动节点的覆盖优化研究  47-59
  4.1 无线传感器网络的部署问题  47-48
  4.2 WSN 中移动节点的优化部署方法  48-51
    4.2.1 虚拟力方法  48-50
    4.2.2 计算几何方法  50
    4.2.3 计算智能方法  50-51
  4.3 WSN 中移动节点覆盖问题的研究  51-59
    4.3.1 问题目标  51-52
    4.3.2 分簇协作进化算法分析  52-53
    4.3.3 建立优化模型  53-54
    4.3.4 仿真实验  54-59
第五章 结论  59-60
参考文献  60-63
在学研究成果  63-64
致谢  64

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 传感器的应用
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