基于能量均衡的无线传感器网络覆盖控制算法研究

摘要

随着传感器技术、微机电系统、现代网络和无线通信技术的发展，低成本、低功耗、多功能的无线传感器网络技术成为IT领域研究的热点之一，在军事、环境科学、医疗健康和其他商业领域都有着广阔的应用前景。
　　无线传感器网络的覆盖是关系到整个网络的监测性能和服务质量关键问题。传感器节点一般是通过电池供电的，能量有限，实际应用中受到应用场景等因素的限制，节点的能量一般是不可更新的，节点能量的耗费、特别是不均衡消耗会大大缩短网络的工作寿命。因此如何实现能量的有效利用，特别是节点间的能量均衡消耗是覆盖问题的研究重点，本文将就此做出研究。
　　对于不能确定覆盖区域中节点坐标位置的网络覆盖问题，本文首先介绍了典型的VFA覆盖控制算法和对典型VFA控制算法的改进算法，通过分析已有算法在网络覆盖过程中的优势与不足，提出本文算法:基于能量均衡的VFA覆盖控制算法。本算法通过对节点间，节点与边界间的受力情况进行研究调整，避免了节点在移动过程中因为移出边界而失效的问题，同时实现了节点能量消耗的均衡。
　　对于覆盖区域中节点的坐标位置可以确定的覆盖问题，本文通过对基于粒子群的覆盖算法的研究，提出基于能量均衡的自适应混沌粒子群覆盖控制算法，实现网络的能量均衡覆盖，并成功解决了粒子群算法容易陷入局部最优解的问题。
　　文章最后通过仿真对比实验，证明本文算法在网络覆盖过程中不仅能达到网络覆盖率的要求，同时能实现网络能量的均衡化。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 无线传感器网络概述

1．2．1 无线传感器网络体系结构

1．2．2 无线传感器网络的特点

1．2．3 无线传感器网络研究的主要问题

1．3 国内外研究现状

1．4 本文研究的主要内容及结构

第2章 无线传感器网络覆盖问题研究

2．1 无线传感器网络覆盖问题的相关概念

2．2 盖覆问题的分类

2．2．1 按照节点的部署方式分类

2．2．2 按照覆盖区域分类

2．3 覆盖控制问题相关算法

2．3．1 覆盖算法的主要性能评价标准

2．3．2 几种典型的网络覆盖控制算法

2．4 本章小结

第3章 基于能量均衡的VFA覆盖控制算法

3．1 虚拟力算法

3．2 基于能量均衡的VFA覆盖控制算法

3．2．1 网络覆盖模型

3．2．2 节点间的受力分析

3．2．3 节点与边界之间的受力分析

3．2．4 节点之间最佳距离分析

3．2．5 节点移动过程中的能量均衡策略

3．3 算法仿真及性能分析

3．4 本章小结

第4章 基于能量均衡的自适应混沌粒子群覆盖控制算法

4．1 粒子群算法

4．1．1 群体智能

4．1．2 粒子群(PSO)算法

4．2 混沌理论

4．2．1 混沌理论的发展

4．2．2 混沌的主要特征

4．3 基于能量均衡的自适应混沌粒子群覆盖控制算法

4．3．1 基于粒子群的能量均衡覆盖算法

4．3．2 基于能量均衡的自适应混沌粒子群覆盖控制算法

4．4 算法的仿真实验及性能分析

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 本文研究工作的总结

5．2 对未来工作的展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文情况