传感网中自适应节能拓扑控制及仿生算法研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shmi1
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拓扑控制是传感网中以网络外形构建、节点关系组织为手段的网络管理调节机制。不同于传统的功率控制和层次化网络结构控制,本文从非传统的角度对拓扑控制算法进行总结,以能量均衡为设计目标,对网络拓扑的自适应节能动态构建方法进行研究,主要工作如下:   (1)传感网一般是由大量独立节点构成,是离散形式存在的传感器节点的集合。且其对应的拓扑控制相关问题多为NP(Non-deterministic Polynomial)问题,其最优解也仅能通过启发式算法近似获取。针对以上特点,本文对仿生学算法中的入侵杂草算法进行研究,提出了一个用于解决离散空间组合优化问题的二进制入侵杂草算法(BIWO)。对其开拓能力和开掘能力进行了理论分析,指出其具备全局收敛的特性。仿真实验表明:该算法能对连续函数问题提供离散化解决方案,且对于离散空间的组合优化问题,寻优能力优异。   (2)针对多目标点感知拓扑构建问题,通过简化分析,将其定位为多目标点覆盖调度问题。通过建立二进制模型,并构建了一个以能量方差、覆盖率为参数的适应度评估系统,使用BIWO算法对其进行求解。仿真结果表明:较MLS算法,该方法能有效降低网络能量标准差,增加采集到的数据总量。   (3)对树状网络拓扑构建算法中,如何在时延和能量均衡问题间折衷进行了研究。提出了一个时延受限能耗均衡的拓扑构建算法DL-DCT。该算法同时考虑节点的剩余能量和通信距离,通过局部调整拓扑,限制网络跳数。仿真结果表明:较LPTC算法,该算法能显著提升网络寿命,适用于节点密度较大,并要求低时延的网络场景。   (4)考虑当移动Sink使用SDMA技术进行数据采集时的动态拓扑构建问题。使用最大加权匹配算法对网络中能使用SDMA技术的节点对进行筛选,基于该结果,确定Sink节点的移动路径和对应的拓扑构建方案。仿真实验表明:相比RB算法,该方法能提高SDMA技术的利用效率,并使网络中节点的生存周期更趋近于平均值。本文研究的内容,均进行了大量仿真验证,部分成果应用于气体扩散监测系统中。  
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