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面向移动传感器网络的三维覆盖控制方法研究

作　者: 刘孝卿
导　师: 蒋鹏
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无线传感器网络 覆盖控制 三维覆盖 移动性
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


20世纪90年代末期提出的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)技术被预测为将会改变世界的重要新技术,成为目前IT领域中的研究热点之一。无线传感器网络以其自组织性、动态性、可靠性和以数据为中心等特征,被广泛应用于国防、工业、医疗、家居等领域,并将逐渐深入到人类生活的各个领域。节点覆盖问题是无线传感器网络的基础问题,影响着整个网络的服务质量。三维WSNs的覆盖控制无法通过对现有成熟的二维覆盖方法进行扩维实现,是研究覆盖问题的一个难点。本文概述了三维覆盖控制问题的研究进展,综述了现有的国内外三维覆盖控制方法,并对这些方法进行了比较分析。在此基础上,研究了移动节点的特点以及对覆盖控制的环境要求,提出了三种面向移动节点的三维传感器网络覆盖控制算法。三种算法说明如下:1、针对簇首节点随机选取带来的能耗不均衡问题,提出了一种能量有效的三维传感器网络覆盖控制方法。按照节点剩余可用能量、与邻节点的距离以及连通度三项的组合加权项大小来确定簇首节点,在此基础上进行能量有效的深度调度,实现三维覆盖控制,并研究了节点可移动情况下的该算法应用情况。2、针对传感器网络存在覆盖盲区以及节点冗余问题,提出了一种基于区域分割的三维传感器网络覆盖控制方法。根据网络节点密度的不同,采用覆盖球体内接正方体或外切立方体的方式对监测区域进行分割,实现三维覆盖控制,并验证了该覆盖算法同样适用于移动节点网络。3、针对覆盖算法难以收敛到最优的问题,提出了一种基于改进粒子群遗传算法的三维传感器网络覆盖控制方法。对粒子群算法进行并行化处理,并且与传统遗传算法相结合,应用节点的三维坐标模型以实现覆盖控制,该方法对移动节点的配置可达到同样的效果。最后,在Matlab7.1与VC平台上对算法进行了仿真实验。结果表明,基于组合加权分簇的三维传感器网络覆盖控制方法在保证覆盖度和连通度的前提下,降低了节点能耗,均衡了网络能量,延长了网络生存时间;基于区域分割的三维传感器网络覆盖控制方法减少了工作节点数目,可以实现完全覆盖;基于改进粒子群遗传算法的三维传感器网络覆盖控制方法能更快的收敛于全局最优解,提高了网络覆盖率,提高了运行效率,减少了迭代次数。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-25
  1.1 研究目的和意义  10-12
  1.2 移动传感器网络三维控制方法的研究现状  12-23
    1.2.1 移动传感器网络三维覆盖控制方法的评价指标  12-15
    1.2.2 基于图论的移动传感器网络覆盖控制方法  15-17
    1.2.3 基于计算机几何的移动传感器网络覆盖控制方法  17-20
    1.2.4 基于智能优化的移动传感器网络覆盖控制方法  20-22
    1.2.5 其他移动传感器网络覆盖控制方法  22-23
  1.3 移动传感器网络三维覆盖控制方法的发展趋势  23-24
  1.4 本文结构安排  24-25
第2章 基于组合加权分簇的移动传感器网络三维覆盖控制方法  25-37
  2.1 引言  25
  2.2 算法原理  25-29
  2.3 算法描述  29-31
  2.4 仿真算例  31-35
    2.4.1 移动模型  31
    2.4.2 能量模型  31-32
    2.4.3 实验仿真  32-35
  2.5 结语  35-37
第3章 基于区域分割的移动传感器网络三维覆盖控制方法  37-46
  3.1 引言  37-38
  3.2 算法原理  38-42
    3.2.1 立方体区域分割原理  38-40
    3.2.2 区域分割的覆盖控制算法原理  40-41
    3.2.3 与类似方法的理论分析比较  41-42
  3.3 算法描述  42-44
  3.4 仿真算例  44-45
  3.5 结语  45-46
第4章 基于改进粒子群遗传的移动传感器网络三维覆盖控制方法  46-57
  4.1 引言  46-47
  4.2 算法原理  47-53
    4.2.1 问题描述  47-48
    4.2.2 遗传算法原理  48-51
    4.2.3 改进的粒子群优化算法原理  51-53
  4.3 算法描述  53-54
  4.4 仿真算例  54-56
  4.5 结语  56-57
第5章 总结与展望  57-59
  5.1 总结  57-58
  5.2 展望  58-59
致谢  59-60
参考文献  60-64
附录  64-65
详细摘要  65-67

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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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