无线传感器网络覆盖与资源优化研究

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1、＿硕士研宄仑文无线传感器网络覆盖与资源优化指导教师：李昌兴教授学科（专业）：智能计算与决策分析单位代码11664学号1506210017分类号TN929密级西安邮电大学硕士研究生学位论文题（中、英文）目无线传感器网络覆盖与资源优化研究ResearchonWirelessSensorNetworkCoverageAndResourceOptimization作者姓名张青指导教师姓名、职务李昌兴教授学科门类工学学科（专业）智能计算与决策分析提交论文日期二○一八年六月西安邮电大学学位论文原创性声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师指

2、导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成一果。与我同工作的同志对本研，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果宄所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。一申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担切的法律责任。：Ｖｉ＞膚年６月３本人签名％日期：曰西安邮电大学学位论文知识产权声明本人完全了解西安邮电大学有关保留和使用学位论文的规定：研宄生在校攻，即读学位期间论文工作的知识产权单位属西安邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复

3、印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印。同时本人保证手段保存和汇编本学位论文，毕业后结合学位论文研宄课题再撰写的一文章律署名单位为西安邮电大学。切浪年４月３本人签名：邱焉日期：日导师签名：日期：年＜月孓曰摘要摘要无线传感器网络由大量具有感知、计算、通信功能的传感器节点构成。节点具有微型、廉价、低功耗的嵌入式系统，它们之间相互协调形成多跳自组织的网络。由于无线传感器网络具有分布式和自组织性、动态拓扑性、能源受限、运算存储通讯功能受限、规模大分布广、以数据为中心、多跳路由等特

4、征，这种新兴交叉型信息捕捉技术被普遍地运用于军队防御、健康管理、环境监测、自然抗灾、农业设备、交通治理、智能家居等众多领域。因此，无线传感器网络受到商业界与学术界的密切关注和探索。考虑到无线传感器节点感知半径长度有限以及部署环境复杂，网络在监测过程中存在信息无效捕获与能源耗费较大等情况，所以如何提高无线传感器网络覆盖率与网络寿命成为一项关键的研究论题。本选题根据覆盖与资源这两个关键要点展开对无线传感器网络的优化钻研。本文创新主要包括以下方面：（1）无线传感器网络确定型部署覆盖率优化研究。针对指定区域的无线传感器节点确定型部署，提出一种基于改良粒子群算法的无线传感器网络覆盖率优化。以改动节点的初

5、始部署位置来提升区域覆盖面积为主要思想，结合粒子群优化算法进行优化求解。实验结果显示，在标准粒子群算法下不同感知半径对网络覆盖率优化的效果不同以及给出标准粒子群、混沌粒子群、交叉粒子群这三种算法的优化性能对照图；并证明了后两种算法求解的网络覆盖率比第一种算法较优。（2）无线传感器网络随机型部署周期调度方案。考虑到传感器节点规模很大或部署的区域环境极其复杂时等情况，工作人员很难进入监测区域更换节点的电池、节点位置也很难进行精确的调整，比较实际的措施是把节点随机地洒落在指定监测区域。针对无线传感器节点随机型部署，提出了一种基于多种群遗传算法的无线传感器网络周期调度优化方案。通过分析无线传感器网络随

6、机型部署的能量捕获问题，分别研究了同步和异步网络环境中周期调度优化问题，并选用标准遗传算法、多种群遗传算法得到最优周期调度方案及相应算法迭代过程对照图。仿真实验及分析表明，该方案不仅保证了给定事件捕获率，还较好地实现了能量高效捕获。（3）无线传感器网络寿命与效用的跨层优化。针对无线传感器网络的能源有限问题，提出一种跨介质访问层与流量传输层优化模型。构造基于提升无线传感器网络寿命和效用为目标、满足链路传输容量和保障无线传感器网络寿命为条件的数学优化模型。采用加权法将双目标转化为单目标优化，通过拉格朗日垂直分解法将原问题划分为介质访问控制层和流量传输控制层的两个单一层优化问题，再根据梯度投影法推出

7、链路传输概率、拉格朗日乘子的更新公式，最后得到优化解决方案。实验结果证明，该方案在支持网络目标寿命和链路传输容量的基础上，兼顾优化了无线传感器网络的应用效用及寿命。I西安邮电大学硕士学位论文关键词：无线传感器网络；网络覆盖率；网络寿命；网络效用IIABSTRACTABSTRACTWirelesssensornetworksconsistofalargenumberofsensornodeswith