基于小生境粒子群算法的機(jī)艙WSN目標(biāo)覆蓋研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由具備感知、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鞲衅鞴?jié)點(diǎn)自組織而形成的無線網(wǎng)絡(luò)。覆蓋問題是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要問題之一，它是反映無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。由于傳感器節(jié)點(diǎn)能量受限，選出一個(gè)最小活動(dòng)節(jié)點(diǎn)集合，完成特定目標(biāo)的覆蓋，其它節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)，通過改變節(jié)點(diǎn)活動(dòng)/休眠方式，達(dá)到節(jié)省能量，提高網(wǎng)絡(luò)壽命的目的，是目標(biāo)覆蓋問題的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。此外，傳感器網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用密切相關(guān)，目前針對(duì)船舶機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)覆蓋問題

2、研究缺乏深度的理論分析和具體應(yīng)用。因此，本文針對(duì)機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)覆蓋問題展開研究，具體內(nèi)容如下:
　　機(jī)艙無線傳感器節(jié)點(diǎn)大多數(shù)由電池供電，不僅能量有限，通常不方便更換電池。因此，解決有限能量覆蓋是機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。為了合理調(diào)動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)活動(dòng)節(jié)省節(jié)點(diǎn)有限能量，提高目標(biāo)覆蓋能力，在小生境粒子群算法中引入環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出了基于小生境粒子群算法的有限能量機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)覆蓋方法。改進(jìn)算法可有效控制粒子間信息

3、傳遞速度，避免過早陷入局部最優(yōu)解，通過環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的引入，從而使粒子群自發(fā)形成小生境，無需設(shè)置小生境參數(shù)。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明改進(jìn)的算法有效延長(zhǎng)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
　　船舶機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)覆蓋是一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容，將網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)覆蓋生命周期最大化問題轉(zhuǎn)化為求解不相交集個(gè)數(shù)問題。提出一種引入本地搜索策略小生境粒子群算法的不相交集個(gè)數(shù)的求解方法。本地搜索策略的引入，使得算法在求解不相交集個(gè)數(shù)的過程中，局部搜索能力得到提高，

4、獲得全局最優(yōu)解和局部最優(yōu)解的概率得到增大。仿真算例分析表明，該方法能求解更多不相交集合數(shù)量，最大化網(wǎng)絡(luò)的生命周期。
　　分析了機(jī)艙無線傳感網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)覆蓋問題和節(jié)點(diǎn)調(diào)度機(jī)制。通過將節(jié)點(diǎn)劃分為相交的目標(biāo)覆蓋集合，建立一個(gè)關(guān)于目標(biāo)覆蓋問題的最大化網(wǎng)絡(luò)生命周期模型，將機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相交集目標(biāo)覆蓋問題歸結(jié)為求解不相交集合數(shù)量問題。提出了基于混沌跳躍環(huán)型拓?fù)湫∩沉Ｗ尤核惴ǖ哪繕?biāo)覆蓋方法，求解不相交結(jié)合數(shù)量?；煦缣S的引入，提高了粒子群優(yōu)化

5、算法擺脫局部極值點(diǎn)的能力和算法的求解精度。仿真算例和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了使用該方法能夠合理配置節(jié)點(diǎn)，劃分出更多的相交集合覆蓋目標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間得以延長(zhǎng)。
　　設(shè)計(jì)了機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，給出了機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)研究。通過ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到機(jī)艙溫度信息，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基本達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)用改進(jìn)粒子群算法對(duì)機(jī)艙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行目標(biāo)覆蓋分析求解，可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行結(jié)構(gòu)及工作方式，有效的節(jié)