多目標(biāo)軟計(jì)算優(yōu)化在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)TDMA調(diào)度中的應(yīng)用.pdf

1、作為迅速發(fā)展的傳感器技術(shù)、微機(jī)電技術(shù)和無線通信技術(shù)的集成體，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新型的信息獲取和處理技術(shù)，它以實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ餍螒B(tài)，提供了一種全新的人類和物理世界交互的信息平臺(tái)，具有極大的應(yīng)用前景。 然而，由于在大多數(shù)應(yīng)用中，傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)使用電池供電，這令網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間受到限制。因此，如何降低網(wǎng)絡(luò)的能量消耗成為這個(gè)領(lǐng)域研究的主要目標(biāo)之一。在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，時(shí)間是不可忽略的另一個(gè)性能指標(biāo)。針對(duì)能量

2、和時(shí)間這兩方面的性能要求，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)訪問控制(MAC)層的時(shí)分多址(TDMA)是一種很好的解決方案。尤其在節(jié)點(diǎn)無移動(dòng)且網(wǎng)絡(luò)部署情況已知的場(chǎng)合，采用TDMA方式進(jìn)行通信可以帶來：1) TDMA能夠通過消除信道沖突，避免空閑監(jiān)聽或進(jìn)入休眠狀態(tài)直到被分配時(shí)隙來節(jié)省能量；2) 作為免信道沖突的訪問方法，TDMA能夠限制信包延時(shí)，確保通信質(zhì)量。 由此，本文深入研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的TDMA時(shí)隙優(yōu)化分配問題：針對(duì)多到一傳輸模式的無線傳感器網(wǎng)

3、絡(luò)TDMA時(shí)隙分配問題，提出了基于智能優(yōu)化方法的優(yōu)化框架和一種新的編碼方式。以目前較新的軟計(jì)算優(yōu)化方法—微粒群優(yōu)化算法(PSO)為基礎(chǔ)，分別針對(duì)單目標(biāo)問題和多目標(biāo)問題提出了PSO-SA混合算法(HPSO)和PAPSO算法。對(duì)于單目標(biāo)問題，HPSO算法將兩種基于解空間搜索的算法——PSO和模擬退火算法(SA)有機(jī)地結(jié)合在一起，增強(qiáng)了對(duì)最優(yōu)解的搜索能力。分別對(duì)最小化最大傳輸完工時(shí)間和最小化能量消耗為目標(biāo)的優(yōu)化問題進(jìn)行運(yùn)算，結(jié)果顯示了HPSO

4、算法良好的求解性能。對(duì)于多目標(biāo)問題，提出了基于Pareto方法的PAPSO算法。在PSO算法內(nèi)部分別采用不同的解評(píng)價(jià)機(jī)制，個(gè)體的最優(yōu)解評(píng)價(jià)機(jī)制采用Coello Coello提出的直接比較法，群體的最優(yōu)解評(píng)價(jià)機(jī)制采用Pareto 檔案比較的概念，并采用個(gè)體密集距離來進(jìn)行Pareto檔案維護(hù)。對(duì)同時(shí)以能量和時(shí)延為最小化目標(biāo)的優(yōu)化問題進(jìn)行運(yùn)算，結(jié)果顯示該算法得到的Pareto解集具有較好的覆蓋率指標(biāo)，可在時(shí)延性能和能量性能的取舍上提供更好的選