混沌优化细菌觅食算法在无线传感器网络覆盖优化中的应用

摘要

进入21世纪，作为感知外界信息重要媒介的无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)越来越受到广大学者的重视。随着研究的不断深入，目前WSN已经在社会的各行各业进行了初步应用。怎样在尽可能延长网络生命周期的情况下使用较少数量的节点，实现对目标监测区域最大面积的覆盖是WSN研究中极具价值的热点问题。本文使用节点有效覆盖率、节点闲置率和剩余能量均衡函数作为优化因子，构造联合覆盖目标函数模型，并使用智能优化算法对模型进行求解以求达到优化覆盖的目标。 本文的研究工作有： 1.介绍了WSN的概念、体系结构、覆盖优化基本知识及群智能算法的基本概念，然后将节点有效覆盖率、节点闲置率和剩余能量均衡函数作为优化因子构造联合覆盖目标函数，将覆盖优化问题转化为求解组合优化问题，为下文的研究工作的开展做准备。 2.针对群智能算法在对目标区域进行搜索时存在的寻优收敛性差和易陷入局部极值等缺陷，设置菌群密度函数因子、细菌碰壁反弹因子、混沌扰动的趋向轨迹序列、动态趋向步长、菌群交叉和变异算子及动态细菌迁徙概率等机制改进细菌在觅食行为中的具体行为方式以提升算法的寻优效率。 3.通过研究Logistic混沌映射，寻找具备较强全局寻优能力的混沌轨迹序列，以帮助细菌在趋化行为翻转后对方向的选择，将混沌运动特性与细菌觅食算法相互联系起来，提出一种基于混沌优化的细菌觅食算法求解传感器网络中的优化覆盖问题，可以对局部区域进行精细寻优搜索，解决因优化算法陷入局部最优极值而停滞不前的难题。仿真结果表明改进后的算法对提高WSN的覆盖率、降低节点的能量消耗和延长网络生命周期具有较为明显的效果，使用该算法能够使传感器节点在目标覆盖区域的位置分布更加合理，有效提升了寻优效率，改善覆盖优化效果，并减少网络中的能量消耗和降低节点覆盖冗余度。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 WSN基本知识

1.3 WSN核心技术

1.4 国内外研究现状

1.5 本文的研究工作

1.6 论文结构安排

第二章 WSN覆盖优化因素研究

2.1 WSN覆盖基础知识

2.2 群智能算法与WSN覆盖

2.3 传感器节点感知模型

2.4 WSN覆盖数学模型

2.5 WSN随机覆盖目标函数建模

2.6 本章小结

第三章 覆盖模型求解相关知识

3.1 智能优化算法原理

3.2 智能优化算法的优势

3.3 细菌觅食算法

3.4 混沌系统

3.5 改进的细菌觅食算法

3.6 本章小结

第四章 WSN覆盖优化研究

4.1 模型求解准备知识

4.2 AHP确定权值系数

4.3 混沌模型研究

4.4 算法

4.5 实验分析

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 前景展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果