面向三維有向感知模型的WMSN全目標(biāo)覆蓋控制算法研究.pdf

1、無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)，是一種新型的傳感器網(wǎng)絡(luò)，由具有音頻、視頻、圖像等多媒體信息感知功能的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò)。在該網(wǎng)絡(luò)中，由于大量傳感器節(jié)點(diǎn)隨機(jī)分布在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，可能導(dǎo)致多個傳感器節(jié)點(diǎn)同時覆蓋一個目標(biāo)或目標(biāo)有遺漏等問題，這樣會造成傳感器資源的浪費(fèi)和網(wǎng)絡(luò)性能的下降，為了實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)測，監(jiān)控全部的目標(biāo)。即用最少的傳感器覆蓋全部的目標(biāo)，這就是全目標(biāo)覆蓋問題。
　　本課題為解決全目標(biāo)覆蓋問題，從以下三方面進(jìn)行研究，具體如下：
　　

2、由于全目標(biāo)問題屬于NP-hard問題，而群智能優(yōu)化算法是解決該問題最為有效的方法。引力搜索算法是該領(lǐng)域現(xiàn)在最具前沿、最具典型性、性能最優(yōu)的進(jìn)化算法之一，與其他群智能優(yōu)化算法相比，引力搜索算法在解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)全目標(biāo)覆蓋問題上具有一定優(yōu)勢，但是在實(shí)際無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中，所用的傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量都非常多，這對核心優(yōu)化算法的性能提出更大要求。為了提高基礎(chǔ)引力搜索算法的優(yōu)化性能，在原有進(jìn)化策略的基礎(chǔ)上引入了差分變異策略；為了平衡算法的全局探索

3、和局部搜索能力，引入權(quán)重函數(shù)公式；為最大限度的防止算法陷入局部最優(yōu)解，本課題把質(zhì)量值的大小進(jìn)行降序排列，將個體分為優(yōu)秀、中間、劣質(zhì)三類，在不同的迭代時期，采用不同類別的個體進(jìn)行引力的計(jì)算，綜合以上分析提出一種基于權(quán)重函數(shù)分段的引力搜索算法。通過仿真實(shí)驗(yàn)，證明本課題所提算法與其它改進(jìn)算法相比，收斂精度大部分可以達(dá)到理論最優(yōu)值,收斂速度明顯加快。
　　為貼近無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際監(jiān)測場景，提高覆蓋控制算法的實(shí)際應(yīng)用效果，建立三維有

4、向感知模型的全目標(biāo)覆蓋數(shù)學(xué)模型。通過分析三維有向感知模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，明確各點(diǎn)坐標(biāo)，經(jīng)過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，確定目標(biāo)覆蓋條件，即目標(biāo)同時滿足在傳感器的感知范圍之內(nèi)和區(qū)域視角中，判斷出傳感器與目標(biāo)的覆蓋關(guān)系，建立全目標(biāo)覆蓋數(shù)學(xué)模型。
　　為解決全目標(biāo)覆蓋問題，提出了全目標(biāo)覆蓋控制算法。該算法通過調(diào)整各傳感器的仰俯角和偏向角，使每個傳感器之間相互配合覆蓋全部目標(biāo)。而調(diào)整傳感器的仰俯角和偏向角屬于一個優(yōu)化問題，從而采用本課題提出的基于權(quán)重函數(shù)分段的