论文部分内容阅读
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)因其广阔的应用前景而受到日益广泛的关注,它一般工作在无人值守的区域,能量十分有限,而能量的限制制约着网络的覆盖度和网络寿命,因而形成了无线传感器网络的两个评价标准:网络覆盖度和网络寿命。于是无线传感器网络的一个核心问题就是如何对已经布局的大量传感器组成的网络进行规划,以期在不同的应用场合达到我们的不同的覆盖度和网络寿命目标要求,这属于无线传感器网络的动态覆盖问题。本文研究了无线传感器网络动态覆盖问题的建模,提出了解决此问题的多目标遗传算法、特别是对多目标遗传算法的遗传编码方案进行了较为详细的研究。对动态覆盖问题的建模由两个方面组成:网络覆盖度的定义和网络寿命的定义。首先,鉴于以前有些文献把延长网络寿命转化为在有限时间段内节约能量来考虑了,我们首先说明了节约能量和延长网络寿命在有些情况下不是两个完全相同的概念,进而在考虑了传感器能源特性的情况下,给出网络寿命的定义。其次,考虑了网络寿命的定义和网络布局特点等因素,给出了网络覆盖度的定义。最终给出了网络的动态覆盖问题模型。对于给出的动态覆盖问题的模型,因为网络寿命是不确定的,这就给多目标遗传算法的编码带来了较大困难。本文针对所建立的模型,基于多目标遗传算法进行了无线传感器网络动态覆盖问题的算法设计,提出了三种算法,分别为打开顺序预排列法、预先布局时间段法、全局能量分配法。各个时间段传感器打开与否考虑的顺序不同,影响着传感器的打开状况和耗能水平,自然也影响着网络的探测质量,基于此设计了打开顺序预排列法。求解网络动态覆盖问题还是为了确定每个时间段打开哪些传感器,而可以直接把这些信息反映在编码里,基于此设计了预先布局时间段法。因为网络给定,则整个网络全局的能量便已经给定,把全局的能量反映在编码里,再对全局的能量进行各时间段的分配,基于此设计了全局能量分配法。在算例中,针对所建立的模型,对三种算法作了对比和分析,并作了改进。