異構傳感器網(wǎng)絡覆蓋算法研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是由低成本、低功耗、具備感知、數(shù)據(jù)處理、存儲和無線通信能力的微型傳感器節(jié)點通過自組織方式形成的網(wǎng)絡。無線傳感器網(wǎng)絡涉及微機電系統(tǒng)、無線通信、傳感技術、嵌入式計算、分布式信息處理等多個學科領域，以數(shù)據(jù)為中心，具有網(wǎng)絡自組織能力好、魯棒性強的優(yōu)點，是構建智能感知環(huán)境的新興前沿技術，是實現(xiàn)普適控制的新興交叉研究領域，可廣泛用于軍事戰(zhàn)場、環(huán)境科學、生物醫(yī)療、空間探索及其他各種商業(yè)應用。如何根據(jù)應用環(huán)境的需求，采用具體的覆蓋部署策略

2、是無線傳感器網(wǎng)絡中的一個基本且首要解決的問題，直接關系到傳感器網(wǎng)絡節(jié)點能量、無線網(wǎng)絡的通信帶寬以及數(shù)據(jù)處理能力等受限資源的優(yōu)化分配，很大程度上決定了無線傳感器網(wǎng)絡感知、監(jiān)視、傳感、通信等各種服務質量目標的改善。
　　 作為控制學科的前沿研究方向，無線傳感器網(wǎng)絡理論研究與技術發(fā)展極大地受應用的驅動。針對現(xiàn)有的覆蓋算法中大多僅適用于同構網(wǎng)絡以及算法中假定區(qū)域中目標事件發(fā)生的概率為隨機均勻的現(xiàn)象，有悖于現(xiàn)實中事件發(fā)生常常呈現(xiàn)“熱點”效

3、應的趨勢存在應用局限性等特點，基于智能計算方法，從靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡與動態(tài)傳感器網(wǎng)絡兩方面開展異構傳感器網(wǎng)絡覆蓋算法與應用技術研究。作為一項具有創(chuàng)新性意義的工作，論文在研究內容上力求有所突破，主要研究成果包括：
　　 ①針對異構傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的高密度部署和監(jiān)測目標非均勻分布的情況，提出了一種基于模擬退火算法的成本優(yōu)化部署方法。該方法既能適用于節(jié)點的布爾感知模型，又能應用于節(jié)點的概率感知模型。算法在保證網(wǎng)絡覆蓋和容錯性的條件下，以異構

4、節(jié)點部署成本最小為優(yōu)化目標進行操作。仿真結果表明，本文提出的優(yōu)化方法能快速有效收斂，在保證網(wǎng)絡的容錯性和健壯性的前提下，降低了網(wǎng)絡部署的成本，提高了網(wǎng)絡對目標監(jiān)測的質量；通過與LINGO計算得到的結果相比，隨著計算規(guī)模的增大，兩者的計算方差越來越小，同時本文算法在計算耗時方面明顯優(yōu)于LINGO，具有較好的收斂性。
　　 ②針對保證異構傳感器網(wǎng)絡連通覆蓋、目標檢測率和最小能量消耗的優(yōu)化目標，提出一種基于多目標優(yōu)化差分進化算法的求解

5、方案。該算法利用maximin函數(shù)逼近多目標優(yōu)化的Pareto解，該方法不需要關于目標函數(shù)的先驗知識，并且可以對目標空間進行廣泛的搜索，因此，算法不易陷入局部最優(yōu)且具有較快的收斂速度，從而獲得優(yōu)化的異構傳感器網(wǎng)絡節(jié)點部署解。仿真結果表明該方案能快速收斂，能有效提高網(wǎng)絡性能，并且具有良好的適應性。
　　 ③根據(jù)目標進化算法思想，結合虛擬力算法和差分算法，提出一種解決異構移動無線傳感網(wǎng)絡布局的虛擬力導向差分優(yōu)化策略。該策略采用概率測

6、量模型評價網(wǎng)絡測量性能，以網(wǎng)絡的有效覆蓋率為優(yōu)化目標，通過異構節(jié)點間的虛擬力影響差分算法的位置向量更新過程，指導種群進化，加快算法收斂速度。仿真結果表明，虛擬力導向差分優(yōu)化策略能快速有效地實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡布局的優(yōu)化，克服虛擬力算法引起的有效覆蓋率振蕩。虛擬力導向差分優(yōu)化策略與虛擬力算法和差分算法相比，耗時少，收斂速度快，提高了無線傳感網(wǎng)絡有效覆蓋率。
　　 ④針對部署區(qū)域中存在多個不同覆蓋質量需求的目標，本文提出一種基于多重覆蓋