WSN粒子群覆蓋優(yōu)化算法研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)是目前在國內(nèi)外備受關(guān)注，涉及多學(xué)科且知識(shí)高度交叉、集成的前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。它實(shí)現(xiàn)了將傳輸網(wǎng)絡(luò)與客觀世界的信息有效地連接在一起，為下一代網(wǎng)絡(luò)提供最直接、最有效、最真實(shí)的信息。在WSN的研究中，覆蓋問題是大量傳感器節(jié)點(diǎn)部署在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)首先遇到的問題，而如何選取高效的覆蓋算法及控制策略對(duì)WSN中節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化部署，在很大程度上影響了節(jié)點(diǎn)能量的有效利用，網(wǎng)絡(luò)的感知能力、服務(wù)質(zhì)量以及被傳感器節(jié)點(diǎn)所覆蓋的區(qū)域范圍也可以得到大幅

2、度地提升，從而延長了網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間。
　　本論文主要針對(duì)WSN部署中節(jié)點(diǎn)的覆蓋問題展開研究，以粒子群和細(xì)菌覓食算法作為理論研究基礎(chǔ)，建立了相關(guān)的WSN覆蓋優(yōu)化模型，提出了改進(jìn)的細(xì)菌覓食算法與粒子群算法相結(jié)合的覆蓋優(yōu)化算法。論文主要內(nèi)容和研究成果如下:
　　(1)首先對(duì)WSN覆蓋算法的收斂性能展開了研究。由于標(biāo)準(zhǔn)粒子群(PSO)算法在WSN覆蓋部署中存在粒子收斂速度慢、粒子易陷入局部最優(yōu)值而使算法出現(xiàn)“早熟”現(xiàn)象以及粒子種類單

3、一等缺陷。針對(duì)上述問題，論文對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)菌覓食(BFO)算法進(jìn)行改進(jìn):在趨向操作步驟中，通過自適應(yīng)的改進(jìn)細(xì)菌的游動(dòng)步長，使細(xì)菌更加準(zhǔn)確快速的搜索到目標(biāo);在復(fù)制操作中，加入分布估計(jì)算法，以增加細(xì)菌種類的多樣性。進(jìn)一步地，在改進(jìn)的BFO算法基礎(chǔ)上，提出了粒子群-細(xì)菌覓食(PSO-BFO)優(yōu)化算法，即PSO算法完成對(duì)區(qū)域的全局搜索、記憶個(gè)體和群體的信息，而區(qū)域的局部搜索則由改進(jìn)的BFO算法的趨向和聚集操作完成。仿真結(jié)果表明，所提優(yōu)化算法在粒子的

4、收斂速度以及尋優(yōu)效率方面，明顯優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)粒子群和細(xì)菌覓食算法，從而保證了算法在WSN部署中的有效性。
　　(2)針對(duì)隨機(jī)高密度傳感器節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境所導(dǎo)致的節(jié)點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域易出現(xiàn)覆蓋重疊區(qū)及覆蓋盲區(qū)等問題，論文以最大化WSN網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和最少的節(jié)點(diǎn)部署個(gè)數(shù)為覆蓋優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)提出的粒子群-細(xì)菌覓食(PSO-BFO)覆蓋優(yōu)化算法與單一的PSO和BFO算法進(jìn)行了覆蓋率性能的比較。仿真結(jié)果顯示，提出的覆蓋優(yōu)化算法能夠以較少的部署節(jié)點(diǎn)獲得較高的WSN