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《無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動sink路徑規(guī)劃算法研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、學(xué)校代碼10699分類號TP393密級學(xué)號2010100125題目無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動sink路徑規(guī)劃算法研究作者王薇學(xué)科、專業(yè)信息與通信工程指導(dǎo)教師史浩山申請學(xué)位日期2017年6月西北工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文（學(xué)位研究生）題目：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中移動sink路徑規(guī)劃算法研究作者：王薇學(xué)科專業(yè)：信息與通信工程指導(dǎo)教師：史浩山2017年6月Title:TRAJECTORYDESIGNOFMOBILESINKINWIRELESSSENSORNETWORKSByWangWeiUndertheSupervisionofProfessorShiHa
2、oshanADissertationSubmittedtoNorthwesternPolytechnicalUniversityInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofInformationandCommunicationEngineeringXi’anP.R.ChinaJune,2017摘要摘要作為物聯(lián)網(wǎng)的重要構(gòu)成--無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetworks,WSNs）以其成本低廉、感知能力豐富和部署容易等特點得到了廣泛的應(yīng)用，極大地延
3、伸了人類感知世界的深度與廣度。然而在傳統(tǒng)的靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于采用多跳轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)匯聚方式，匯聚節(jié)點（sink）周邊的節(jié)點需要幫助其它節(jié)點向sink節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，因此在長時間運行之后會由于過載而失去效用，從而形成“能量空洞”。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中使用移動sink可以大大緩解這一問題，移動sink可以在移動過程中以單跳或有限跳收集各個節(jié)點的數(shù)據(jù)，從而動態(tài)變換“熱點”區(qū)域，平衡網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸負(fù)載、節(jié)點能耗，提高節(jié)點能量使用效率，最終延長整個網(wǎng)絡(luò)的生存時間。此外移動sink還具有幫助孤立節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)建立連接，改善網(wǎng)路連通性等優(yōu)點。然而，由于
4、移動sink載體的能量有限使其工作時間與移動里程受限，因此如何在能量有限的條件下最大化收集的數(shù)據(jù)量是目前研究中的焦點問題。解決這一問題的核心方法是為移動sink規(guī)劃最短移動路徑：在保證移動sink對整個網(wǎng)絡(luò)覆蓋的同時，路徑長度最短，從而提高移動sink的能效，并減小節(jié)點數(shù)據(jù)收集時延。本文即針對這一最短路徑規(guī)劃問題，以提高算法適應(yīng)性以及高效性為研究目標(biāo)，對移動sink路徑規(guī)劃及相關(guān)算法進行了研究。本論文主要的研究內(nèi)容以及創(chuàng)新點包括以下幾個方面：第一，提出了一種無需測距信息的節(jié)點自身定位算法LLS-GRID（LinearLeastSqu
5、ares-GRID），提高了非均勻網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點定位精度。移動sink路徑規(guī)劃的基本前提是對于網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點分布情況的充分掌握，因此節(jié)點位置信息的獲取是需要解決的首要問題。該定位算法不依賴于測距信息，因此不需要給節(jié)點添加測距相關(guān)設(shè)備；此外算法通過柵格劃分以及錨節(jié)點篩選策略，大大降低了網(wǎng)絡(luò)分布特性對節(jié)點自身定位算法效果的影響。仿真結(jié)果表明，該算法在均勻與非均勻網(wǎng)絡(luò)中，都可以獲得理想的定位效果，并且算法基于分區(qū)組合過程，在降低計算量的同時提高了定位精度，從而實現(xiàn)了多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下無需測距的高精度節(jié)點定位。第二，提出了一種基于信息收集點即匯
6、聚點（rendezvouspoints，RP）篩選的移動sink最短路徑規(guī)劃算法，簡化了路徑搜索步驟，加快了路徑搜索的速度。算法首先基于覆蓋理論對移動sink信息收集點進行選擇，簡化可行解的搜索空間維度，并在傳統(tǒng)遺傳算法中使用可變長編碼方式增加搜索靈活性，進而實現(xiàn)性能優(yōu)良的移動sink路徑規(guī)劃。算法所規(guī)劃的路徑令所有節(jié)點能夠以單跳方式向移動sink發(fā)送數(shù)據(jù)，去除了節(jié)點間多跳的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程，將節(jié)點能量使用效率最大化。仿真結(jié)果表明算法計算量小，能夠為移動sink尋找到近似最優(yōu)的信息收集路徑。第三，提出了一種無信息收集點約束的移動sink
7、路徑規(guī)劃算法，降低了對路徑求解過程的約束，在更加廣闊的解空間內(nèi)對最佳路徑進行搜索。在無信息收集點位置約束條I西北工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文件下，信息收集點的位置有無限種可能，每條可行路徑上信息收集點的數(shù)量也無法預(yù)先估計，因此會大大增加問題求解難度。本文首次提出一種新穎的可變維度粒子群（VariableDimensionParticleSwarmOptimization，VD-PSO）移動sink路徑規(guī)劃算法，算法將每一個路徑的可行解表達(dá)為一個變維度粒子，并且對每一個路徑可行解中所途徑的信息收集點位置以及數(shù)量都不進行任何約束，因此每個粒子的
8、維度都可能不同。仿真結(jié)果表明，算法能夠在無信息收集點約束的情況下，在整個傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署區(qū)域內(nèi)，計算出移動sink近似最優(yōu)的巡游路徑。第四，提出了一種VD-PSO算法的優(yōu)化算法，解決了無信息收集點約束的移動sink路徑規(guī)劃算法中，由于
