面向精准农业的无线传感器网络覆盖控制技术研究

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精准农业是一种现代化农业理念,能够提高生产、减少投入,实现农产量的最大化、资源利用的合理化、环境污染的最小化,从而达到改善传统农业缺点的目的。无线传感器网络是实现精准农业的核心支撑技术,具有低功耗、易扩展、成本低等显著特点,其通过网络中传感器节点采集所需要的信息,然后传送至数据处理中心对所采集的农田信息进行管理,从而达到远程精准控制的效果。网络覆盖是无线传感器网络技术研究中的一个基本研究问题,其反应了无线传感器网络对物理世界的监测能力,而覆盖率是衡量网络覆盖质量的重要标准之一。在实际应用中,应当使目标区域的覆盖最大化,尽量使其做到覆盖无死角。针对大规模复杂农田,传感器节点都是随机抛洒在监测区域内的,该操作很容易造成监控区域内传感器节点分布不均匀,进而导致覆盖效果不理想。因此,如何快速地使传感器节点分布均匀且提高网络的覆盖率显得尤为重要。本论文深入研究了无线传感器网络的覆盖问题,通过对网络中传感器节点的重新部署,以实现对网络覆盖率的最大化。主要工作和创新点如下:(1)针对传统无线传感器网络覆盖求解覆盖率通常利用覆盖区域中稠密的网格点近似计算导致的计算量庞大的问题,引入特征点集的概念,并与虚拟力算法相结合,用传感器对特征点集的覆盖来等价分析整个监测区域的情况。仿真实验结果显示,与传统虚拟力算法用网格点求解覆盖率相比,计算量和算法的运行时间大大减少。(2)针对虚拟力算法在优化传感器节点部署后期因约束条件不足易产生反复震荡的现象会造成能量损耗的问题,在特征点集的基础上,将全局最优解人工蜂群算法成功应用在网络覆盖领域,并且重点对比了标准人工蜂群算法和基于全局最优解人工蜂群算法在网络覆盖的性能。仿真实验结果表明了基于全局最优解人工蜂群算法优化节点覆盖后,覆盖率得到了有效的提升且避免了震荡现象。
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