面向地质灾害监测的网络性能优化研究

发布时间：2017-07-19 08:25

  本文关键词：面向地质灾害监测的网络性能优化研究

  更多相关文章： 地质灾害监测 覆盖优化 蜂群算法 粒子群算法 LEACH协议

【摘要】：传感器设计、信息技术以及无线网络等领域的快速进步,为无线传感器网络(WSN)的发展铺平了道路。WSN可以把虚拟世界和现实世界以前所未有的规模相结合,并开发大量实用型的应用,包括民用基础设施保护、居住地监测、精准农业、有毒气体检测、供应链管理等方面。WSN的广泛应用使得网络性能优化问题成为研究的热点。覆盖率反应了网络所能提供的的感知服务质量,是衡量WSN网络性能的关键指标。本文对WSN的覆盖理论进行了研究与分析,根据网络实际场景选取静态覆盖方式部署传感器节点。蜂群算法全局搜索能力强,但后期收敛速度慢;粒子群算法开发能力强,但易陷入局部最优解。本文提出一种优势互补的混合算法,并应用于网络覆盖优化中。混合算法将种群分为两个子群,并分别按照蜂群算法和粒子群算法进化。进化过程中,两个子群根据全局最优解选择不同的学习方式,实现子群进化的相互引导。通过对网络覆盖的仿真实验,验证了算法在网络优化中的有效性,即可提高网络覆盖率,降低网络冗余度,改善网络性能。网络生命周期是衡量WSN网络性能最重要的指标,而能量是影响网络生命周期的关键因素。LEACH协议是一种低功耗的分簇路由协议,其优点是算法简单、无需路由维护;其缺点是易出现能量空洞问题和热点问题,且协议实现的前提条件是各节点能够与基站直接通信,而这在实际情况中是不可能的。针对LEACH协议的缺点,本文提出一种多跳路由改进方案。在簇的建立过程,提出一个基于节点初始能量和当前能量的簇首选择概率公式,使得网络能量负载更加均衡。在簇的路由建立过程,根据簇首能量、簇内成员节点数和簇首位置三种因素,引入代价函数,簇首根据代价函数选取中继节点,解决LEACH协议中的热点问题。使用MATLAB对改进前后的LEACH协议进行仿真,仿真结果表明,改进后的LEACH协议能够有效均衡网络能量负载,延长网络生命周期。通过对网络覆盖优化算法的研究和路由协议的改进,面向地质灾害监测的WSN网络性能得到了优化。
【关键词】：地质灾害监测 覆盖优化 蜂群算法 粒子群算法 LEACH协议
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P694
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 WSN网络覆盖研究现状12
• 1.3 WSN网络路由协议研究现状12-14
• 1.4 本文研究内容和章节安排14-16
• 第二章 无线传感器网络与群智能算法16-28
• 2.1 无线传感器网络概述16-18
• 2.1.1 无线传感器网络的系统结构16-17
• 2.1.2 无线传感器网络的特点17-18
• 2.2 无线传感器网络性能优化目标18-20
• 2.2.1 能耗分析18-19
• 2.2.2 设计策略19-20
• 2.3 典型路由协议分析与对比20-25
• 2.3.1 平面路由协议20-22
• 2.3.2 分层路由协议22-24
• 2.3.3 典型的路由协议比较24-25
• 2.4 群智能算法概述25-27
• 2.4.1 蜂群算法25-26
• 2.4.2 粒子群算法26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第三章 WSN的覆盖优化28-45
• 3.1 WSN覆盖的基本理论28-29
• 3.1.1 区域覆盖28
• 3.1.2 WSN覆盖评价标准28-29
• 3.2 WSN网络覆盖优化算法设计29-35
• 3.2.1 蜂群算法29-32
• 3.2.2 粒子群算法32-33
• 3.2.3 混合算法设计33-35
• 3.3 基于混合算法的覆盖优化程序设计35-40
• 3.3.1 适应度的程序设计35-38
• 3.3.2 蜂群部分程序设计38
• 3.3.3 粒子群部分程序设计38-39
• 3.3.4 主函数设计39-40
• 3.4 仿真实验及分析40-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 LEACH协议的研究与分析45-55
• 4.1 WSN路由协议性能评价标准45-46
• 4.1.1 网络生命周期45
• 4.1.2 能量均衡45-46
• 4.2 LEACH的分析与研究46-50
• 4.2.1 LEACH算法介绍47-49
• 4.2.2 LEACH存在的问题49-50
• 4.3 仿真模型建立50-52
• 4.3.1 网络模型50
• 4.3.2 无线通信能耗模型50-51
• 4.3.3 数据融合模型51-52
• 4.4 LEACH的仿真与分析52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 LEACH协议的改进研究55-67
• 5.1 协议改进思路55-57
• 5.1.1 改进方案55-56
• 5.1.2 代价函数56-57
• 5.2 LEACH协议改进57-60
• 5.2.1 簇首优化57-58
• 5.2.2 簇间多跳路由58-60
• 5.3 参数分析60-62
• 5.3.1 距离临界值60-61
• 5.3.2 权重系数61-62
• 5.4 仿真分析62-66
• 5.4.1 网络生命周期62-63
• 5.4.2 能量效率63-64
• 5.4.3 能量均衡64-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第六章 地质灾害监测系统设计67-73
• 6.1 需求分析67
• 6.2 网络架构设计67-68
• 6.3 地质灾害监测现场结果显示68-72
• 6.4 本章小结72-73
• 第七章 总结与展望73-75
• 7.1 本文总结73-74
• 7.2 研究展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-80
• 附录80-89
• 附录1 覆盖优化算法关键代码80-83
• 附录2 改进LEACH协议关键代码83-89

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本文编号：561930