【摘要】：數(shù)據(jù)收集是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSNs)的核心任務(wù),收集和傳輸數(shù)據(jù)均會(huì)消耗傳感器節(jié)點(diǎn)的能量,由于傳感器節(jié)點(diǎn)的電池容量有限,傳感器節(jié)點(diǎn)最終會(huì)因能量不足而死亡,影響數(shù)據(jù)收集。傳統(tǒng)的節(jié)能以及能量收集方法的局限性較大,而新興的無(wú)線充電技術(shù)為解決無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量短缺問(wèn)題提供了新的解決方案。在WSNs中部署裝備有無(wú)線能量接收裝置的傳感器節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)設(shè)備,從而構(gòu)成無(wú)線可充電傳感器網(wǎng)絡(luò)。如何規(guī)劃移動(dòng)設(shè)備的移動(dòng)路徑以提高移動(dòng)設(shè)備的能量效用和實(shí)現(xiàn)高效率的充電和數(shù)據(jù)收集,保證網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)運(yùn)行是WSNs研究中的熱點(diǎn)問(wèn)題。針對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)分布稀疏的場(chǎng)景,移動(dòng)設(shè)備采用一對(duì)一的方式對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電和收集數(shù)據(jù),在收集傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)的同時(shí),為其進(jìn)行充電。綜合考慮了充電和數(shù)據(jù)收集對(duì)移動(dòng)設(shè)備路徑規(guī)劃的影響,在保證傳感器網(wǎng)絡(luò)持續(xù)運(yùn)行的前提下,以最大化移動(dòng)設(shè)備的能量效用為目標(biāo),建立了周期性的移動(dòng)設(shè)備路徑規(guī)劃問(wèn)題。證明了最優(yōu)目標(biāo)需在周期時(shí)間最大時(shí)獲得,同時(shí)證明了該問(wèn)題屬于NP-Complete問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題,設(shè)計(jì)了多種群離散煙花算法(MFWA)進(jìn)行求解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明MFWA算法在收斂速度、穩(wěn)定性以及適應(yīng)性方面均優(yōu)于DFWA算法,并且本文提出的一對(duì)一周期性充電和數(shù)據(jù)收集規(guī)劃方案能夠有效提高移動(dòng)設(shè)備的能量效用,保證網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)運(yùn)行。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中部分區(qū)域的傳感器節(jié)點(diǎn)比較密集的場(chǎng)景,將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)區(qū)域,移動(dòng)設(shè)備采用一對(duì)多的方式對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電和數(shù)據(jù)收集。分析了充電時(shí)間和數(shù)據(jù)收集時(shí)間與周期時(shí)間的關(guān)系,給出了移動(dòng)設(shè)備在每個(gè)小區(qū)內(nèi)駐留時(shí)間的計(jì)算方法,同樣在保證傳感器網(wǎng)絡(luò)持續(xù)運(yùn)行的前提下,以最大化移動(dòng)設(shè)備的能量效用為目標(biāo),構(gòu)造出周期性的移動(dòng)設(shè)備路徑規(guī)劃問(wèn)題。設(shè)計(jì)了基于種群熵的離散煙花算法(PE-FWA)對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行求解,并給出了最佳的解決方案。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)小區(qū)內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)的分布情況,提出了一種駐留錨點(diǎn)的調(diào)整優(yōu)化策略,進(jìn)一步提高了移動(dòng)設(shè)備的能量效用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,PE-FWA算法得到的結(jié)果優(yōu)于DFWA算法以及MDSA算法,并且在收斂性和目標(biāo)值的分布情況上均優(yōu)于DFWA算法,同時(shí)通過(guò)種群熵變化的對(duì)比,表明PE-FWA算法能更好地均衡種群的擇優(yōu)性和多樣性。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TP212.9;TN929.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2748826