基于群体智能的uwsn覆盖控制算法研究

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1、硕士学位论文题目:基于群体智能的UWSN覆盖控制算法研究研究生冯洋专业控制理论与控制工程指导教师蒋鹏教授完成日期    2016年3月杭州电子科技大学硕士学位论文基于群体智能的UWSN覆盖控制算法研究研究生：冯洋指导教师：蒋鹏教授2016年3月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterResearchonCoverageandControlAlgorithmbasedonswarmintelligenceforUWSNCandidate:FengYangSupervisor:Prof.JiangPen

2、gMarch,2016抗州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明；所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研巧工作所取得的成果。除文中邑经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体Ｊｌ，均己在文中Ｌ：明确方式标明。一申请学位论文与资料若有不实之处。，本人承担切相关责任论文作者签名；日船月，日抑作］；）专斗＾学位论文使用授权说明本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定；，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科

3、技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可Ｗ公布论文的全部或部分內容，可允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，（保密论文在解密后遵守此规定）’论文作者签名：曰期；年月＇曰著ｙ＾ＪＴ斗指导教师签名：曰期：年月這曰３杭州电子科技大学硕士学位论文摘要在水环境中的各个应用领域，水下无线传感器网络（Underwater Wireless Sensor Network，UWSN）渐渐受到关注，它是由大量水下节点组成的水下监测系统。水下无线传感器网络的研究涉及到众多方面

4、，主要有：定位跟踪、路由协议、电池管理与节点部署等。其中，覆盖控制是UWSN研究的一项基础性工作，优良的覆盖控制算法能够保证UWSN的服务质量，同时为后期其他研究做了强有力的支撑。那么，设计一种高效的覆盖控制算法具有现实必要性。UWSN覆盖控制方法按照关注阶段的不同，分为初期如何部署节点与后期设计维持网络覆盖的协议。而基于群体智能优化类覆盖控制算法具有简单有效的特性，又考虑到水下环境中存在障碍物的情况，根据现有的算法研究，从实现单一目标优化到多目标优化，提出了下面三种部署算法：第一，结合水下环境存在障碍物的特点，提出一种基于狼群搜索的UWSN重部署算法，根据狼群搜索的核心思想来指导节点的移动

5、，主要有主动覆盖、被动覆盖和躲避障碍物三个移动过程。该算法中，每个节点用最小的移动代价来实现目标覆盖。最后表明，该算法拥有较高的覆盖能力，同时具有避障功效。第二，针对UWSN规模大、环境恶劣的特点，提出一种果蝇启发的水下传感网部署算法。该算法将果蝇优化思想加以改进，同时引入障碍物局部感知移动模型和欧琼鸟拓扑作用机制。因此，在障碍物影响的情况下，能够优化网络覆盖率、连通率和网络能耗，是一种水下传感网节点部署的多目标优化算法。第三，针对部署后期过程，怎样维持网络覆盖的问题，设计了一种基于磷虾群优化的UWSN动态分层双簇头路由算法。该算法采用了非均匀分簇的方法，并引入动态分层机制，同时使用磷虾群优

6、化的选取原则产生最优主簇头与副簇头，三种改进方法协同作用来解决节点过早死的情况，有助于均衡能耗，延长网络生存时间。综上，以上设计的三种UWSN覆盖控制算法是在考虑水下障碍物背景下展开的，具有现实意义；且利用智能优化算法的简单有效性，解决UWSN部署规模大易导致节点失效的问题。算法1优化了网络覆盖率这一目标，且躲避障碍物；算法2是在前者基础上，优化了覆盖率、连通率和能耗三个目标，也能躲避障碍物；算法3则是在前两者基础上，维持整个网络后期的生存时间，减少簇头能耗。关键字：覆盖控制，障碍物，果蝇优化，狼群搜索，磷虾优化I 杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTUnderwater Wirel

7、ess Sensor Network (UWSN) has been widely used in environmental monitoring, military security and other fields, which is composed of a large number of underwater nodes as an underwater monitoring system. Al