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基于粒子群算法的无线传感器网络路由技术研究

作　者: 李福华
导　师: 钱学荣
学　校: 南京邮电大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 无线传感器网络 粒子群优化 分簇 路由
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是当前IT产业的研究热点,具有广阔的应用前景和巨大的商业潜力,受到军事界、学术界和工业界的高度重视。由于传感器节点的能量、存储、运算和通信等都十分有限,因此WSN路由协议设计的首要目标就是节能和延长网络生命周期。随着研究的进展,大规模WSN的路由协议逐渐呈现出层次化的趋势。本文首先对几种典型WSN路由协议进行了介绍和比较,重点叙述了经典LEACH路由协议,然后采用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)对LEACH协议的簇首选择过程进行优化,以达到降低能耗和提高能耗均衡程度的效果。本文的主要工作和创新点为:(1)对PSO中的参数压缩因子进行改进,得到带有自适应压缩因子的粒子群算法ACFPSO。在ACFPSO中,压缩因子的变化考虑到整个粒子群的搜索进展情况,伴随着粒子群个体最优解和全局最优解的动态变化进行自适应调整,以平衡粒子群的全局搜索能力和局部搜索能力,提高PSO的收敛性和效率。(2)对LEACH协议中最优簇首数的动态确定进行了研究,分析了最优簇首数对网络性能的影响。然后运用MATLAB软件对最优簇首数进行了实验仿真。仿真结果表明:与经典LEACH协议相比,采用最优簇首数的LEACH协议能够有效地降低了网络平均能耗,剩余存活节点数明显增多。(3)提出新的基于PSO的分簇路由算法ACFPSO-C,应用ACFPSO对LEACH协议的簇首选择过程进行优化。在ACFPSO-C中,簇首的选择综合考虑了传感器节点的剩余能量、数据传输的能耗以及节点之间的距离等因素。仿真结果表明:与LEACH协议相比,ACFPSO-C算法显著地改善了网络的能耗均衡程度,避免了网络中某些传感器节点的过早死亡,基站接收到的数据量增多,网络生命周期得到延长。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-13
  1.1 研究背景  9
  1.2 研究现状与发展趋势  9-11
  1.3 研究目的和意义  11-12
  1.4 本文的组织结构  12-13
第二章 无线传感器网络  13-22
  2.1 概述  13
  2.2 WSN 的体系结构  13-16
    2.2.1 网络结构  13-14
    2.2.2 节点结构  14
    2.2.3 协议栈  14-16
  2.3 WSN 的特点  16-17
  2.4 WSN 的关键技术  17-19
  2.5 WSN 的应用  19-21
  2.6 本章小结  21-22
第三章 WSN 路由协议  22-36
  3.1 WSN 路由协议概述  22-23
  3.2 WSN 路由协议的特点与设计规则  23-24
  3.3 WSN 路由协议的分类  24-25
  3.4 典型WSN 路由协议的分析与比较  25-35
    3.4.1 平面路由协议  25-30
    3.4.2 层次路由协议  30-34
    3.4.3 典型WSN 路由协议的比较  34-35
  3.5 本章小结  35-36
第四章 基于PSO 的WSN 路由协议  36-53
  4.1 前言  36-37
  4.2 粒子群优化算法  37-41
    4.2.1 概述  37-40
    4.2.2 自适应压缩因子PSO（ACFPSO）  40-41
  4.3 基于PSO 的WSN 分簇路由算法（ACFPSO-C）  41-52
    4.3.1 系统模型与能耗模型  41-44
    4.3.2 最优簇首数  44-46
    4.3.3 适应值函数  46-47
    4.3.4 粒子与传感器节点的位置映射  47-48
    4.3.5 ACFPSO-C 算法流程描述  48-52
  4.4 本章小结  52-53
第五章 基于MATLAB 的算法仿真与分析  53-61
  5.1 分簇路由算法的性能评价指标  53
  5.2 仿真环境及参数设置  53-54
  5.3 最优簇首数的仿真  54-56
  5.4 ACFPSO-C 算法仿真与性能分析  56-60
  5.5 本章小结  60-61
第六章 总结与展望  61-63
  6.1 总结  61
  6.2 展望  61-63
致谢  63-64
参考文献  64-67

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 传感器的应用
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