基于進化算法的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

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1、Ｗａ＾＾Ｍ酣曰：裳于進化算法的大規(guī)模無線＿傳咸器網(wǎng)絡(luò)覆蓋關(guān)鍵技術(shù)研究＿＿■■’■＇‘■■．學(xué)號１０８２２６：：周杰■姓名：．．專，業(yè)：由子科學(xué)與技術(shù)．導(dǎo)師：劉元安由子工稻學(xué)院？＇學(xué)院：：２０１５年４月１６日Ｈｉｔｏ漏麵議密級：保密期限；Ａ《種ｔ義聲博±學(xué)位論文Ｗ題目：基于進化算法的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋關(guān)鍵技術(shù)研究學(xué)號：１０８２２６姓名：周杰專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)師：為Ｊ元

2、安學(xué)院：由子工程學(xué)院２０１５年４月１６日獨創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明本人聲明所呈交的論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研巧成果。盡我所知，除了文中特別加Ｗ標注和致謝中所羅列的內(nèi)容Ｗ外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研巧成果，也不包含為獲得北京郵電大學(xué)或其他一教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均己在論文中作了明確的說明并表示了謝意。一申請學(xué)位論文與資料若有不實之處，本人承擔(dān)切相關(guān)責(zé)任。戶奪：巧未：６巧Ｍ曰

3、本人簽名日期關(guān)于論文使用授極的說明學(xué)位論文作者完全了解北京郵電大學(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定：，目Ｐ研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬北京郵電大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留并向國家有關(guān)部口或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許學(xué)位論文被查閱和借閱；學(xué)校可公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。（保密的學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定）：。保密論文注釋本學(xué)位論文屬于保密在＿年解密后適用本授權(quán)書非保密論＿文注釋：本學(xué)位論文不屬于保密范圍，

4、適用本授權(quán)書。？本人篇名杰日期方化／：：今《巧ｆｇ：：導(dǎo)師簽名日期—基于進化算法的大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋關(guān)鍵技術(shù)硏究摘要隨著嵌入式計算機技術(shù)和無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開始在全球范圍內(nèi)普及。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋能力直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)對監(jiān)測區(qū)域的感知能力。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的布置形式多樣，包括飛機撒布和人工布置等方式，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋方式靈活多樣。不同于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，大多數(shù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題既要夾注巧何通過完善網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點的地理位

5、置分布完成監(jiān)測任務(wù)，又要關(guān)注如何分布才能使所有節(jié)點間距離不大于通信距離，。便順利組網(wǎng)，同時還要關(guān)注能耗和壽命問題良好的覆蓋控制不僅能更好地完成感知任務(wù)，完成對區(qū)域或目標的監(jiān)測，還能降低能耗，有效延長網(wǎng)絡(luò)壽命。在大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，大量傳感器節(jié)點組網(wǎng)，感知節(jié)點首先要完成對目標區(qū)域的覆蓋才能進行后續(xù)的感知工作。如果未完成對目標和感知區(qū)域的覆蓋，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就無法完成對待監(jiān)測目標的。物理量監(jiān)測，網(wǎng)絡(luò)就會喪失可用性同樣，如果在覆蓋目標的過程中沒有合適的拓撲控制和節(jié)點輪

6、值，，網(wǎng)絡(luò)的能量就會很快耗盡網(wǎng)絡(luò)的生存性就會受到威脅。因此在覆蓋控制中，針對監(jiān)測任務(wù)制定合適的目標或區(qū)域監(jiān)測方案、拓撲控制方案與節(jié)點輪值順序?qū)o線ｆ感器網(wǎng)絡(luò)性能至關(guān)重要。論文先分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋的特點ｒ然后采用進化算法解決了大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋中的幾個關(guān)鍵問題。論文的主要創(chuàng)新點如下：一（１）提出了種基于量子蟻群進化算法的自組織無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標覆蓋方法，建立了相應(yīng)的系統(tǒng)模型。該方法將量子態(tài)矢量引入蟻群算法的編碼，運用量子旋轉(zhuǎn)口實現(xiàn)蟻群搜索路線的動態(tài)調(diào)整。通

7、過利用多只媽蟻進行并行量子化搜索，擴大了搜索范圍，實現(xiàn)了量子進化的并行化。在自組織無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，將本文方法與基于遺傳算法的目標覆蓋方法、基于模擬退火的目標覆蓋方法進行了仿真比較。仿真結(jié)果表明，在不同半徑和感知節(jié)點數(shù)條件下，本文方法的目標覆蓋率相比遺傳算法和模擬退火算法分別提高了１０個百分點和２０個６．０％百分點左右，成功檢出的目標數(shù)相比遺傳算法高出９到．０９％．６７％５４．２７％巧，相比模擬退火算法高出３２到，濕著提升了監(jiān)測效果。２一（）提出了種新的量子

8、免疫克隆進化算法來解決全覆蓋條件下的節(jié)點輪值問題。該方法將問題和其解決方案分別映射為量子比特形式的抗原和抗體，提高了編碼效率。通過引入量子旋轉(zhuǎn)口對抗體進行變異操作，加快了算法的收斂速度。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，將本文方法與基于模擬退火算法的方法、基于遺傳算法的方法行了仿真比較。仿真結(jié)果表明，在不同的傳感器節(jié)點數(shù)和被監(jiān)測目標數(shù)下，相比其他兩種算法，本文提出的基于量子免疫克隆進化算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量高效目標覆蓋方法在有限的監(jiān)測