面向低能耗的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署.pdf

1、在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)部署中，由于傳感器節(jié)點(diǎn)的分布通常具有隨機(jī)性和密集性，監(jiān)測(cè)區(qū)域會(huì)出現(xiàn)覆蓋盲區(qū)或多重覆蓋，這將直接影響到網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)能量、通信帶寬、處理能力等受限資源的優(yōu)化分配。因此，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋部署是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基本且必須解決的問(wèn)題。
　　本文考慮無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在水下的應(yīng)用，研究面向低能耗的三維無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署方法。本文的主要研究工作如下：
　　(1)針對(duì)三維空間傳感器網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署特點(diǎn)，考慮在滿

2、足最優(yōu)覆蓋節(jié)點(diǎn)集的基礎(chǔ)上，提出了基于半徑可調(diào)的節(jié)點(diǎn)部署方法，并最終減少網(wǎng)絡(luò)能耗。該方法根據(jù)節(jié)點(diǎn)具有可調(diào)節(jié)傳感半徑的屬性，利用遺傳算法優(yōu)化節(jié)點(diǎn)半徑組合，最終尋求一組節(jié)點(diǎn)數(shù)少、能耗低，以及網(wǎng)絡(luò)覆蓋率高的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)集合。仿真結(jié)果與初始節(jié)點(diǎn)部署相比，覆蓋率由78％提高到92.15%。節(jié)點(diǎn)休眠率由60%提高到71.25%。能耗系數(shù)由0.155降低到0.130?；谝陨铣晒?，考慮單目標(biāo)遺傳算法對(duì)子目標(biāo)相沖突的優(yōu)化問(wèn)題存在局限性，研究一種基于多目標(biāo)遺傳

3、算法（NSGAII）的覆蓋方法。以三維網(wǎng)絡(luò)中的覆蓋率、工作節(jié)點(diǎn)數(shù)和網(wǎng)絡(luò)能耗均衡系數(shù)為優(yōu)化目標(biāo)，然后利用多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化。仿真得到的pareto最優(yōu)解集表明，覆蓋率最大可以達(dá)到93.35%，節(jié)點(diǎn)休眠率最大達(dá)到76.25%，最小能耗系數(shù)可以降低到0.2033，且pareto解集優(yōu)于NSGA算法。
　　(2)針對(duì)三維動(dòng)態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)，考慮基本粒子群算法在優(yōu)化中的缺點(diǎn)，研究一種基于量子粒子群三維網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)覆蓋。將量子理論和粒子群算法相

4、結(jié)合，避免了粒子群算法容易陷入早熟收斂的問(wèn)題。仿真結(jié)果顯示，粒子群算法的覆蓋率從7%提高到9%，而量子粒子群算法從7%提高到了10%。量子粒子群的平均移動(dòng)距離為22.12 m，粒子群的平均移動(dòng)距離為24.73 m。針對(duì)以上成果，緊接著考慮實(shí)際應(yīng)用中的情況，針對(duì)節(jié)點(diǎn)在水下環(huán)境中只能垂直移動(dòng)的特殊性，從提高覆蓋率和保持網(wǎng)絡(luò)連通性角度考慮，研究了一種適用于水下無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式覆蓋控制算法，并利用量子粒子群優(yōu)化節(jié)點(diǎn)分簇。仿真結(jié)果表明，在相