本文關鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡中幾個關鍵問題的優(yōu)化建模與算法研究　出處：《西安電子科技大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：無線傳感器是一種能感知或檢測物理環(huán)境的感應節(jié)點組成,這些節(jié)點之間通過無線連接方式進行通信,它在諸如目標跟蹤和監(jiān)測、自然界災害預報、健康監(jiān)測、危險環(huán)境勘探和地震感應等領域都有重要應用,已經(jīng)成為信息技術領域的研究熱點。無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的正確定位問題、網(wǎng)絡覆蓋質量度量問題和網(wǎng)絡覆蓋空洞修復問題是無線傳感器網(wǎng)絡研究中的三個重要問題,本論文對這三個問題進行了深入研究,建立了一些新的優(yōu)化模型并設計了新的算法,主要研究成果如下:1.無線傳感器節(jié)點正確定位對整個網(wǎng)絡起著至關重要的作用。當無線傳感器網(wǎng)絡暴露在惡意危險環(huán)境中時,攻擊者會攻擊節(jié)點定位的過程,使其定位到錯誤位置,從而導致整個網(wǎng)絡應用完全失效�；谧畲笏迫还烙嫷膫鞲衅鞫ㄎ桓怕誓Ｐ褪且环N常用的定位模型,但是它有兩個缺點:一是定位精度低。它通常將RSS(接收信號強度)信號標準差看成常數(shù),影響了定位精度;二是安全性差,在有惡意節(jié)點攻擊時模型常常會定位失效。本文通過擬合測試數(shù)據(jù)歸納出了RSSI信號標準差隨距離變化的函數(shù)關系,提高了定位精度。針對第二個問題,在分析其受攻擊時定位失敗的具體原因后,對節(jié)點定位的概率計算公式進行了改進,設計了一種新的基于變方差特征的傳感器節(jié)點定位概率模型,提高了安全性。但該模型是一個高度非線性全局優(yōu)化問題,求解難度大。本文對其設計了一個新的高效進化算法,并證明了該算法的全局收斂性。2.“最小暴露路徑”的暴露度是衡量無線傳感器網(wǎng)絡覆蓋質量的一個重要指標,它反映了給定的無線傳感器網(wǎng)絡所能提供的感知和監(jiān)視能力。已有求最小暴露路徑的常用方法(網(wǎng)格法和Voronoi圖方法)具有精度不好控制、計算復雜以及不適合異構節(jié)點和大規(guī)模傳感器節(jié)點問題等缺點。本文基于泛函分析理論建立了傳感器網(wǎng)絡最小暴露路徑的數(shù)值泛函極值模型,具有很好的精度且適合大規(guī)模問題,但該模型是一個高維高度非線性優(yōu)化問題,常用的優(yōu)化方法難以適用。為解決這一問題,本文結合傳感器網(wǎng)絡覆蓋問題的背景特點,設計出獨特高效的交叉算子、變異算子、局部搜素算子和翻轉算子,在此基礎上,設計了一種新的智能優(yōu)化方法,并證明了其全局收斂性。實驗結果也驗證了模型的先進性和算法的有效性.3.無線傳感器網(wǎng)絡中的最小暴露路徑問題通常不考慮對路徑的實際限制條件。本文研究一種要求經(jīng)過某一特別保護區(qū)域部分邊界的最小暴露路徑問題。這個問題由于無法建立相應的圖模型,已有求解最小暴露路徑問題的常用方法(網(wǎng)格法和維諾圖法)對這個問題無法應用。為解決此問題,本文將該問題先轉化成帶約束條件的非線性優(yōu)化問題,然后結合問題實際背景知識設計了一個混合人工蜂群算法。通過多種情況下的仿真實驗測試發(fā)現(xiàn),設計的帶約束條件優(yōu)化模型和混合人工蜂群求解算法能有效解決帶約束的最小暴露路徑問題。4.由于無線傳感器網(wǎng)絡的傳感器節(jié)點能量有限而最終會耗盡,出現(xiàn)有些節(jié)點失效,導致網(wǎng)絡覆蓋空洞問題。這是一個十分重要而困難的問題。首先,本文設計了一種基于多移動節(jié)點的路徑規(guī)劃模型,然后,利用遺傳算法求出移動節(jié)點的合理移動路徑,進一步,沿著求出的合理移動路徑對傳感器網(wǎng)絡可能失效節(jié)點進行修復。利用該策略可以最大可能的對可能失效節(jié)點進行及時修復,最大程度的避免由于傳感器節(jié)點死亡帶來的覆蓋空洞。最后,從數(shù)學上證明了算法的全局收斂性,并通過仿真實驗的測試證實所提模型和對移動節(jié)點的路徑規(guī)劃的求解算法能有效的預防節(jié)點死亡帶來的覆蓋空洞問題.
[Abstract]:......
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.9;TN929.5

【參考文獻】

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1 朱劍;趙海;徐久強;李大舟;;WSNs中一種新穎的模糊識別定位技術研究[J];電子學報;2010年08期

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本文編號：1427242