發(fā)布時間：2017-07-14 19:26

  本文關(guān)鍵詞：面向水面溢油監(jiān)測的無線傳感網(wǎng)部署問題研究

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【摘要】：隨著航運業(yè)的不斷發(fā)展與水下資源的深度開采與利用,船舶溢油污染的潛在風(fēng)險在不斷地加大。由于海洋面積廣大、環(huán)境復(fù)雜多變,工程人員很難對溢油事故進(jìn)行預(yù)測和評估。當(dāng)船舶溢油事故發(fā)生時,及時地監(jiān)測到污染情況,并迅速采取有效措施以預(yù)防溢油污染的擴(kuò)大化,將極大地減輕大面積污染的嚴(yán)重后果。相對于傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感探測和航空遙感監(jiān)測等方式,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)具有系統(tǒng)成本低、全天候、低功耗、靈活性高、可快速部署等優(yōu)點,已經(jīng)成為當(dāng)前水環(huán)境監(jiān)測研究中的重要方向,能夠?qū)崟r報告當(dāng)前水質(zhì)現(xiàn)狀、準(zhǔn)確監(jiān)測溢油,以便采取及時有效的處置方案,因此在未來的實際溢油監(jiān)測中具有廣闊的應(yīng)用前景。本文面向水面溢油監(jiān)測的實際應(yīng)用,針對WSN部署組網(wǎng)的首要問題,即傳感器節(jié)點的部署優(yōu)化(Sensor Node Deployment and Optimization, SNDO)問題開展研究,聯(lián)合考慮目標(biāo)區(qū)域的覆蓋性能、網(wǎng)絡(luò)的連通性能以及網(wǎng)絡(luò)的能耗約束,部署建立了基于WSN的水面溢油監(jiān)測網(wǎng)絡(luò),以期在實現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域覆蓋需求的同時,通過傳感器節(jié)點布設(shè)和網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋬?yōu)化,降低網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的部署成本和通信中的能量消耗。我們的研究旨在為面向水面溢油監(jiān)測的實際網(wǎng)絡(luò)部署提供理論依據(jù)。首先,本文分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點,將研究問題描述為傳感器節(jié)點的部署優(yōu)化(SNDO)問題,建立了滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求和網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的最大跳數(shù)限制條件下的數(shù)學(xué)模型,從而實現(xiàn)了將網(wǎng)絡(luò)的部署優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問題(Integer Linear Programming, ILP),以便使用線性規(guī)劃求解器Gurobi進(jìn)行求解。。其次,我們基于Gurobi求解器對數(shù)學(xué)模型中一重覆蓋和二重覆蓋要求的小規(guī)模驗證場景分別進(jìn)行了求解,并驗證了該數(shù)學(xué)模型的正確性及有效性。此外,針對中大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)部署中Gurobi求解效率不高的問題,我們使用遺傳算法進(jìn)行求解,并對算法的有效性進(jìn)行了驗證。在此基礎(chǔ)上,提出了一種基于變長染色體的改進(jìn)型遺傳算法,該算法在運算過程中分析最優(yōu)解的長度和基因內(nèi)容,對種群中個體的染色體進(jìn)行修復(fù),將過長的染色體中低貢獻(xiàn)率的基因進(jìn)行截短,或者選擇高貢獻(xiàn)率的基因補(bǔ)充到過短的染色體中。仿真結(jié)果表明,在中大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中,改進(jìn)遺傳算法能夠有效地獲得部署方案,特別是解決中大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中Gurobi無法求解的問題。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 整數(shù)線性規(guī)劃 節(jié)點部署 遺傳算法 網(wǎng)絡(luò)覆蓋
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP212.9;TN929.5;U698.7
【目錄】：

• 摘要5-7
• abstract7-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 研究背景與意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 當(dāng)前溢油檢測模式概述12-15
• 1.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部署研究綜述15-17
• 1.3 本文的主要工作17-18
• 1.4 本文的組織結(jié)構(gòu)18-21
• 第2章 基于WSNs的水面溢油監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)21-27
• 2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點21-23
• 2.1.1 面向任務(wù)21-22
• 2.1.2 資源受限22
• 2.1.3 自組織與動態(tài)拓?fù)?/span>22-23
• 2.2 基于水面應(yīng)用場景的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)23-26
• 2.2.1 水面無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的典型結(jié)構(gòu)23-24
• 2.2.2 傳感器節(jié)點的基本結(jié)構(gòu)與功能24-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第3章 傳感器節(jié)點部署優(yōu)化(SNDO)問題與數(shù)學(xué)建模27-37
• 3.1 網(wǎng)絡(luò)模型27-28
• 3.2 SNDO問題描述28-30
• 3.3 SNDO問題的數(shù)學(xué)建模30-36
• 3.3.1 變量設(shè)定30-32
• 3.3.2 SNDO問題的數(shù)學(xué)模型32-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第4章 SNDO問題求解37-65
• 4.1 基于線性求解器的問題求解與模型驗證37-46
• 4.1.1 Gurobi優(yōu)化器與LP文件37-39
• 4.1.2 求解過程介紹39-40
• 4.1.3 數(shù)學(xué)模型的驗證40-46
• 4.2 遺傳算法的設(shè)計46-51
• 4.2.1 遺傳算法的思想與基本概念46-47
• 4.2.2 設(shè)計流程47-51
• 4.3 遺傳算法的改進(jìn)方案51-54
• 4.4 數(shù)值結(jié)果分析54-64
• 4.4.1 一重覆蓋場景的求解結(jié)果分析54-58
• 4.4.2 二重覆蓋部署方案的分析58-64
• 4.5 本章小結(jié)64-65
• 總結(jié)與展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 攻讀學(xué)位期間參與科研項目70-71
• 致謝71-72
• 作者簡介72

【參考文獻(xiàn)】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王芳;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋的數(shù)學(xué)模型問題研究[D];華東理工大學(xué);2013年

2 薛政;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點覆蓋技術(shù)的研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2013年

3 宛金林;基于虛擬力的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋研究[D];湖南大學(xué);2013年

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本文編號：542392