論文(計(jì)算機(jī)工程)(參考版)
2025-01-16 18:10本頁面
【正文】 c, and Gaurav S Sukhatme, Mobile Sensor Network Deployment using Potential Fields: A Distributed, Scalable Solution to the Area Coverage Problem, proceedings of DARS 2002, Fukuoka, Japan, June 2527, 2002。均衡且距離短的移動(dòng)路徑不僅可以降低系統(tǒng)成本及復(fù)雜度同時(shí)還可以延長網(wǎng)絡(luò)壽命，在實(shí)際應(yīng)用中，其具有重要意義。實(shí)驗(yàn)表明該方法相比較常規(guī)的適應(yīng)度函數(shù)法能夠快速得到均衡且距離最短的訪問路徑。圖1所示為興趣點(diǎn)為100時(shí)分別采用算法1以及適應(yīng)度函數(shù)法得到的興趣點(diǎn)的移動(dòng)路徑。表1中第一列是監(jiān)測區(qū)域內(nèi)興趣點(diǎn)的數(shù)目，第二列是采用的算法，每三列是通過各種算法得到的訪問路徑總長度，第四列是根據(jù)路徑長度計(jì)算出的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)，第五列為通過各種算法得到路徑的均衡度，最后一列是巡航覆蓋一周所用的時(shí)間。本文實(shí)驗(yàn)的監(jiān)測區(qū)域?yàn)橐?0*10的正方形區(qū)域， = 5，適應(yīng)度函數(shù)法迭代5000次，算法1興趣點(diǎn)數(shù)為30，50時(shí)迭代500次，興趣點(diǎn)為100，1000時(shí)迭代2000次，興趣點(diǎn)為1000時(shí)為加快求解速度，初始化種群時(shí)采用最近鄰法得到的解作為粒子。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為了驗(yàn)證算法1的有效性及快速性，本文分別采用算法1以及采用算法3的多目標(biāo)優(yōu)化問題（以下稱為適應(yīng)度函數(shù)法）進(jìn)行移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的訪問路徑優(yōu)化，其中適應(yīng)度函數(shù)法中適應(yīng)度函數(shù)為：，其中為調(diào)節(jié)目標(biāo)函數(shù)中兩個(gè)組成部分之間比例系統(tǒng)（k0）。在算法1中調(diào)用了算法2，其中的算法2的適應(yīng)度函數(shù)為路徑長度，解的編碼采用基于順序表達(dá)的編碼，興趣點(diǎn)順序按自然數(shù)排列，算法2用于得到單個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的最佳移動(dòng)路徑。該算法在保留了TSP路徑最優(yōu)的情況下，同時(shí)滿足均衡這一目標(biāo)。因此，如何高效的、快速的求解該問題并得到一個(gè)“折中解”顯得尤為重要。對于監(jiān)測區(qū)域較大，興趣點(diǎn)很多的情況，這種方式無疑給已經(jīng)相當(dāng)復(fù)雜的問題帶來了更大的求解難度。這種情況可將上述問題歸結(jié)為多目標(biāo)優(yōu)化問題，即在滿足各移動(dòng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)路徑總和最短的同時(shí)也要保證移動(dòng)路徑的均衡性達(dá)到要求。這是一MTSP，一般監(jiān)測區(qū)域興趣點(diǎn)較多，直觀地可以采用各種近似優(yōu)化算法如智能優(yōu)化算法得到次優(yōu)訪問路徑，目標(biāo)函數(shù)為各移動(dòng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)路徑的總長度。其中可通過實(shí)驗(yàn)獲得。但是在無線傳感器巡航覆蓋中，由于以下兩種性質(zhì)導(dǎo)致移動(dòng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)路徑不可能達(dá)完全的均衡即，（1）興趣點(diǎn)的分布不均勻性，以致興趣點(diǎn)之間距離大小不一；（2）優(yōu)化移動(dòng)節(jié)點(diǎn)訪問路徑是一TSP（MTSP），這是典型的NPHard問題，很難得到最優(yōu)解，即在有限時(shí)間內(nèi)只能得到次優(yōu)移動(dòng)路徑。均衡度的意義在于評價(jià)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)間負(fù)載均衡性，本文中主要考慮移動(dòng)距離，故將均衡度定義如下：其中為第個(gè)移動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)距離，值能夠很好地表達(dá)各移動(dòng)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)路徑均衡性。因此，規(guī)劃出m條負(fù)載均衡且移動(dòng)距離最短的訪問路徑可以有效節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能耗且延長網(wǎng)絡(luò)壽命。在完全移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)傳感器移動(dòng)比通信及感知消耗更多的能量。本文在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)固定的情況下，優(yōu)化移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的訪問路徑在保證訪問路徑長度較短同時(shí)也要達(dá)到均衡性要求，得到的移動(dòng)傳感器訪問路徑同時(shí)也可以驗(yàn)證給定的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)是否滿足有效巡航覆蓋條件。利用命題3的結(jié)論中明確路徑規(guī)劃中可以忽略,這里利用次有效巡航覆蓋的成本的表達(dá)式說明降低一次有效巡航覆蓋成本的關(guān)鍵指標(biāo)：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)+路徑規(guī)劃。設(shè)是無線傳感器網(wǎng)全部移動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)集，則該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)維持
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