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无线传感器网络的目标覆盖和QoS路由算法研究

作　者: 肖刚
导　师: 谢红
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线传感器网络 目标覆盖 路由算法 异构概率模型 QoS
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着近10年通信和电子技术的蓬勃发展，无线传感器网络的相关研究受到了越来越多的关注，而且也面临着前所未有的发展机遇。在传感器网络的研究中，有两个重要技术：覆盖控制和路由算法。其中覆盖控制是其他技术的基础，相对于其他基于区域的覆盖方式，基于目标的覆盖研究起步较晚，尤其是基于三维空间的异构传感器的目标覆盖问题就更是亟待研究。针对无线传感器网络自身特点，路由算法需要考虑能量问题，从实用性角度出发，网络的服务质量(QoS)也是路由算法需要关注的问题之一。(1)通过对三维空间异构传感器网络的概率感知模型进行研究，本文提出将目标覆盖问题归纳成0-1状态的多维向量模型，简化了问题的复杂度。为了解决用最少工作节点覆盖区域内所有目标的问题，本文将更适合解决0-1模型的二进制差分算法融入到目标覆盖算法中，仿真实验表明，二进制差分算法与遗传算法相比，在覆盖所有目标前提下，所需工作传感器个数和迭代次数均有减少，并探讨了感知半径，目标密集度和衰减因子等因素对于覆盖问题的影响，证明了二进制差分算法可以有效解决该问题。(2)传输能耗对于无线传感器网络的重要性日益凸显，所以本文提出将能耗问题作为重要约束条件之一，并将其融入到QoS的评价体系中，用以求解最优路径问题。虽然蚁群算法凭借良好的自组织性和并行性，可以有效解决该问题，但是蚁群算法运行初期存在着盲目搜索和易陷入局部最优解的弊病，本文对蚁群算法进行了改进，将克隆选择算法与蚁群算法相结合，利用克隆选择算法优秀的全局搜索能力，加快引导蚁群系统找到全局最优解，并将改进后的算法融入到QoS路由算法中。通过仿真实验对改进后的算法进行验证，证明该算法有效可行，满足了能耗，带宽和时延的需求。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-19
  1.1 研究背景及意义  10
  1.2 无线传感器网络概念  10-14
    1.2.1 无线传感器网络的系统架构  10-12
    1.2.2 无线传感器网络的特点  12-13
    1.2.3 无线传感器网络的应用  13-14
  1.3 国内外研究现状  14-17
  1.4 本文的研究内容  17-18
  1.5 本文的章节安排  18-19
第2章 WSN 覆盖问题和路由问题  19-31
  2.1 WSN 的覆盖问题  19-24
    2.1.1 典型覆盖类型  19-21
    2.1.2 感知模型  21-23
    2.1.3 覆盖问题的性能评价指标  23-24
  2.2 WSN 的路由问题  24-30
    2.2.1 WSN 现有路由协议分类  25-28
    2.2.2 WSN 的 QoS 体系研究  28-30
  2.3 本章小结  30-31
第3章 基于二进制差分算法的 HWSN 的目标覆盖  31-47
  3.1 异构传感器网络概念  31-37
    3.1.1 HWSN 体系结构  31-32
    3.1.2 HWSN 的性能分析  32-34
    3.1.3 HWSN 的概率模型  34-36
    3.1.4 概率覆盖矩阵  36-37
  3.2 二进制差分进化算法的研究  37-40
    3.2.1 BDE 建模问题  37-38
    3.2.2 BDE 操作算子  38-40
    3.2.3 BDE 算法与 GA 算法比较  40
  3.3 基于 BDE 算法的目标覆盖  40-42
  3.4 实验结果与分析  42-46
    3.4.1 仿真条件  42
    3.4.2 结果分析  42-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章 基于克隆蚁群算法的 QoS 节能路由算法研究  47-64
  4.1 WSN 的 QoS 问题  47-49
    4.1.1 WSN 网络 QoS 面对的问题  47-48
    4.1.2 WSN 网络 QoS 路由模型  48-49
  4.2 蚁群算法研究  49-51
    4.2.1 蚁群算法原理  49-51
    4.2.2 蚁群算法的参数分析与性能评价  51
  4.3 克隆选择算法研究  51-54
  4.4 克隆蚁群算法设计  54-58
  4.5 仿真实验及结果  58-62
    4.5.1 参数分析  59-61
    4.5.2 算法性能分析  61-62
  4.6 本章小结  62-64
结论  64-65
参考文献  65-71
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  71-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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