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摘 要:無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless Sensor Network，WSN)是一種新興的科學(xué)技術(shù)網(wǎng)絡(luò),最早的研究來(lái)源于美國(guó)軍方，但現(xiàn)在越來(lái)越多的被用于社會(huì)生活的各方面。網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究和應(yīng)用的關(guān)鍵性和基礎(chǔ)性問(wèn)題,直接影響著網(wǎng)絡(luò)的使用性能和使用壽命。傳感器中大部分節(jié)點(diǎn)的能量靠電池提供,但是由于條件的限制,很難在使用過(guò)程中給節(jié)點(diǎn)更換電池，所以傳感器節(jié)點(diǎn)的能量限制是整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。因此,在保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋率及網(wǎng)絡(luò)通暢的基礎(chǔ)上,如何延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)工作時(shí)間,是目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域的一個(gè)重要方面。 本文研究利用粒子群算法（PSO）對(duì)無(wú)線傳感器最優(yōu)化覆蓋問(wèn)題進(jìn)行研究。粒子通過(guò)從個(gè)體最優(yōu)位置與群體最優(yōu)位置獲得信息，不斷調(diào)整自己的運(yùn)動(dòng)方向，從而達(dá)到最佳位置，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)利用PSO的這一特點(diǎn)，通過(guò)比較個(gè)體極值點(diǎn)與全局極值點(diǎn)，不斷調(diào)整節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)從而達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上還通過(guò)不斷減少節(jié)點(diǎn)的能量，關(guān)閉不需要的節(jié)點(diǎn)看是否能夠?qū)崿F(xiàn)既定的覆蓋率，以期節(jié)約能量，最終達(dá)到用最少的節(jié)點(diǎn)完成網(wǎng)絡(luò)覆蓋的目的。利用基本粒子群算法設(shè)計(jì)了覆蓋優(yōu)化仿真實(shí)驗(yàn),通過(guò)仿真結(jié)果分析各參數(shù)對(duì)覆蓋性能的影響,對(duì)算法的覆蓋優(yōu)化效果進(jìn)行比較分析,指出它的不足之處,提出改進(jìn)思路。 仿真結(jié)果表明：粒子群算法在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化覆蓋方面比起遺傳算法，在能量節(jié)約，覆蓋效率等方面有很大提高，能夠大大降低算法運(yùn)行的時(shí)間復(fù)雜度，縮小了工作傳感器集合規(guī)模。但是粒子群算法也存在一定的不足之處，粒子受到周?chē)Ｗ訝顟B(tài)的影響，很容易就將局部的極值點(diǎn)當(dāng)成全局極值點(diǎn)從而過(guò)早的結(jié)束迭代，陷入早熟，影響覆蓋率。 關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；覆蓋優(yōu)化；粒子群算法
目錄 摘要 ABSTRACT 第1章 緒論-1 1.1 研究背景-1 1.1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介-1 1.1.2 無(wú)線穿感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)-1 1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)-2 1.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用-2 1.4 課題研究?jī)?nèi)容和方法-3 第2章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋問(wèn)題-5 2.1 引言-5 2.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋分類(lèi)-5 2.3 典型無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋控制算法分析-6 2.4 覆蓋控制中的其他問(wèn)題-7 第3章 粒子群算法-9 3.1 粒子群優(yōu)化算法原理簡(jiǎn)介-9 3.1.1 粒子群優(yōu)化算法原理-9 3.1.2 基本粒子算法原理-9 3.1.3 基本粒子群算法流程-10 3.2 基本粒子群算法的覆蓋優(yōu)化-11 3.2.1 基本參數(shù)設(shè)置-11 3.2.2 粒子群算法的覆蓋優(yōu)化流程-11 第4章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋優(yōu)化-13 4.1 算法基礎(chǔ)-13 4.1.1 基本定義-13 4.1.2 理論依據(jù)-13 4.2 算法設(shè)計(jì)思想及程序初始化設(shè)置-14 4.2.1 算法總體思想-14 4.2.2 節(jié)點(diǎn)位置及各參數(shù)的初始化設(shè)置-14 4.3 最佳節(jié)點(diǎn)及能量最小化程序設(shè)計(jì)-15 4.3.1 需關(guān)閉的節(jié)點(diǎn)的選擇設(shè)計(jì)-15 4.3.2 能量最小化設(shè)計(jì)-17 第5章 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析-19 5.1 仿真環(huán)境-19 5.2 覆蓋優(yōu)化的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果-19 5.3 節(jié)點(diǎn)感知半徑對(duì)覆蓋性能的影響-20 5.3.1 節(jié)點(diǎn)感知半徑對(duì)覆蓋率和迭代次數(shù)的影響-20 5.3.2 節(jié)點(diǎn)感知半徑對(duì)剩余能量的影響-22 5.4 慣性權(quán)重系數(shù)對(duì)剩余能量的影響-22 5.5 種群數(shù)量對(duì)覆蓋性能的影響-24 第6章 結(jié)論與展望-25 6.1 結(jié)論-25 6.2 不足之處及未來(lái)展望-25 參考文獻(xiàn)-27 致 謝-29 附錄A：PSO在最優(yōu)化覆蓋問(wèn)題完整代碼-31 |
