基于进化计算的AdHoc拓扑控制研究

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移动Ad Hoc网络是许多具有信息传输能力的信息传输节点组成的无线的、可移动的网络。移动Ad Hoc无线网络在军事领域、商业领域、医疗卫生、智能化家居等各种场合都受到了广泛的关注和得到了广泛的应用就是由于移动Ad Hoc无线网络具有可移动、无线传输等优点。但是,随着移动Ad Hoc中网络节点以及移动终端呈现出多样化,为了提高网络的性能,就必须对影响移动无线网络性能的因素探索和研究,因此对移动Ad hoc无线网络相关问题的研究具有很重要的现实和理论意义。对移动Ad Hoc无线网络的拓扑控制的主要目标是构建具有某种全局性能的拓扑结构,拓扑结构的构造一般是利用对网络节点信息传输的半径以及信息传输的路径等方法以达到提高移动Ad Hoc网络生存周期以及减少移动无线网络能量消耗等目的。通过对拓扑控制的研究,分析了移动Ad Hoc无线网络性能受拓扑控制的影响。在分析和研究的基础上,对移动Ad Hoc无线网络的生存周期、网络进行信息传输时的能量消耗等方面进行了研究。因此,本文主要对以下几个方面的工作进行了研究:1.简要的介绍了移动Ad Hoc网络的特点,分析总结现有拓扑控制算法的定义、目标和手段等。并且对遗传算法的概念、定义以及在工程及其他方面的应用等做简要的介绍;此外对单目标全局优化和多目标优化的定义、概念以及现有的求解方法等进行介绍,为后续的最大化网络生存周期单目标优化模型以及最大化网络生存周期、最小能量消耗双目标优化模型的求解奠定理论基础。2.针对网络拓扑变化较慢的网络,以及网络拓扑基本无变化的移动Ad Hoc网络,综合考虑节点发射能量消耗,传输能量消耗以及接收能量消耗对网络生存周期的影响,建立了一个以最大限度的延长网络生存周期为目标的单目标优化模型。利用遗传算法对模型进行求解,分析了双点交叉算子和双点变异算子在全局搜索中的不足,进而采用环形交叉算子和环形变异算子进行全局搜索,避免陷入局部最优,提高了搜索全局最优解的能力,找到最大化网络生存周期的网络拓扑。研究了在相同电路损耗以及路径损耗指数对最大化网络生存周期拓扑控制的影响,此外电路损耗以及路径损耗指数对遗传算法的收敛性影响也进行了研究。当网络中节点的最大能量以及电路损耗均不同的时候对模型进行求解,以求得网络中异构节点情况下的最大化网络生存周期网络拓扑。3.移动无线网的能量消耗是影响移动无线网络发展的显著性问题。因此,网络能量消耗的优化也是需要考虑的问题,最大化网络生存周期路径和最小能量消耗路径一般来说是不一样的,甚至是互斥的,所以我们建立了一个以最大化网络生存周期和网络最小能量消耗为优化目标的双目标优化模型,以实现对Ad Hoc的拓扑控制。采用NSGA-II对双目标优化模型进行求解,得到模型的最优解,即最优网络拓扑。研究了在相同电路损耗以及路径损耗指数对最大化网络生存周期拓扑控制以及最小网络能量消耗的影响,当网络中节点的最大能量以及电路损耗均不同的时候对模型进行求解以求得异构节点Ad Hoc下最大化网络生存周期的网络拓扑。
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