基于改进量子粒子群和主动PI模型的自适应无线传感器网络拥塞控制算法设计

发布时间：2020-05-20 01:02

【摘要】：针对无线传感器网络中路由节点需要转发大量数据导致网络拥塞,从而引起节点丢包率高和网络吞吐率过低的问题,提出了一种基于主动PI模型和改进量子粒子群优化算法的拥塞控制方法;首先定义了丢包率和队列长度计算方式;设计了改进的PI主动队列管理模型,然后,为了改进PI模型的控制效果,采用改进的量子粒子群算法对PI主动队列管理模型中的比例系数和积分系数kP和kI进行参数优化,从而得到能实现WSN自适应控制的主动PI控制模型;最后,对基于量子粒子群算法和PI主动队列模型的网络拥塞算法进行了描述和说明;仿真实验表明:文中提出的拥戴控制方法能有效实现WSN拥塞控制,是一种适用于WSN的有效拥塞控制方法,与其它方法相比,具有较短的平均队列长度和较大的网络吞吐率,具有很强的可行性。
【图文】：

６个，监测区域外有多个中间节点，负责实现监测区域和Ｓｉｎｋ节点之间的多跳路由，节点的最大传输范围为２５ｍ，ＭＡＣ层采用８０２．１１协议，ＰＩ主动队列管理模型中期望队列长度为２０ｐａｃｋｅｔｓ，每包大小为２５６Ｂ，当传感器节点接收到Ｓｉｎｋ节点的数据采集命令后，开始采集数据并向Ｓｉｎｋ节点发送数据，网络拓扑结构如图２所示。图２网络拓扑结构采用文中方法对中间节点的缓存队列长度计算，并与经典的ＰＩ主动队列管理模型进行比较，得到的结果分别如图３和图４所示。从图３和图４可以看出，ＰＩ方法能有效地解决中间节点的缓存溢出问题，但不能有效对队列的长度进行控制，其平均队列长度仍为４５左右，而文中方法的队列长度控制在２５附近，同时具有较小的队列抖动。对两种方法的网络吞吐率进行仿真得到的结果如图５、图６所示。图３文中方法队列长度仿真曲线图４ＰＩ队列长度仿真曲线图５文中方法吞吐率仿真曲线图６ＰＩ吞吐率仿真曲线从图５和图６可以看出，ＰＩ控制方法由于未对参数进行优化，因此始终保持者较高的激励水平，，导致链路利用率下降，系统吞吐率较低，而文中方法由于采用量子粒子群对参数进行了优化整定，因此能在保持队列长度较短的同时具有较高的平均吞吐率。（下转第３６９０页）

网络拓扑结构如图２所示。图２网络拓扑结构采用文中方法对中间节点的缓存队列长度计算，并与经典的ＰＩ主动队列管理模型进行比较，得到的结果分别如图３和图４所示。从图３和图４可以看出，ＰＩ方法能有效地解决中间节点的缓存溢出问题，但不能有效对队列的长度进行控制，其平均队列长度仍为４５左右，而文中方法的队列长度控制在２５附近，同时具有较小的队列抖动。对两种方法的网络吞吐率进行仿真得到的结果如图５、图６所示。图３文中方法队列长度仿真曲线图４ＰＩ队列长度仿真曲线图５文中方法吞吐率仿真曲线图６ＰＩ吞吐率仿真曲线从图５和图６可以看出，ＰＩ控制方法由于未对参数进行优化，因此始终保持者较高的激励水平，导致链路利用率下降，系统吞吐率较低，而文中方法由于采用量子粒子群对参数进行了优化整定，因此能在保持队列长度较短的同时具有较高的平均吞吐率。（下转第３６９０页）

【参考文献】

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1 王希杰;;基于物联网技术的生态环境监测应用研究[J];传感器与微系统;2011年07期

2 赵成林;谭虎;毛松;;利用路径优先级实现传感器网络中的拥塞避免[J];北京邮电大学学报;2012年01期

3 鞠海玲;崔莉;黄长城;;EasiCC:一种保证带宽公平性的传感器网络拥塞控制机制[J];计算机研究与发展;2008年01期

4 杨广学;李凤娇;慕香永;余腾伟;;基于物联网的家居安防系统设计[J];计算机应用;2010年S2期

5 陈亮;张宏;胡为民;;Ad hoc网络主动队列管理分析[J];南通大学学报(自然科学版);2008年01期

【共引文献】

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3 艾莉莎;李钢;李峰;;物联网信息传播动力学建模与仿真[J];重庆大学学报;2012年12期

4 孔凡伟;施云波;修德斌;杜放;王萌萌;;基于无线传感器网络的氯气监测系统设计[J];传感器与微系统;2013年02期

5 马卫;;基于物联网技术的环境监测应用研究[J];计算机光盘软件与应用;2013年03期

6 孙毅;李敏;柯珊珊;王琦;;面向用电信息采集的无线传感器网络拥塞控制算法[J];传感器与微系统;2013年08期

7 谭绍斌;胡坤融;赵友杰;付小勇;;物联网在云南极小种群野生植物保护中的应用研究[J];赤峰学院学报(自然科学版);2014年12期

8 郭小丹;陈小莹;胡永;;物联网技术在实验室安防信息采集中的应用研究[J];智能计算机与应用;2014年04期

9 蹇兆文;;基于无线传感网的工厂环境监控系统设计[J];信息技术;2012年01期

10 孙国栋;廖明宏;邱硕;;无线传感器网络中一种避免节点拥塞的算法[J];计算机研究与发展;2009年06期

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3 侯萍;基于控制理论的网络拥塞控制算法研究[D];南京理工大学;2011年

4 孙国栋;无线传感器网络拥塞控制研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

5 唐云建;无线传感器网络负载均衡数据汇集算法研究[D];重庆大学;2010年

6 许小丰;无线传感器网络路由信任评估与数据传输控制关键技术研究[D];北京邮电大学;2010年

7 王岩;物联网控制系统中信息传输关键技术研究[D];东北林业大学;2012年

8 董新平;物联网产业成长研究[D];华中师范大学;2012年

9 林驰;安全关键无线传感器网络高效可信协议研究[D];大连理工大学;2013年

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1 李轶;基于物联网的无线接入安全管理机制应用研究[D];兰州大学;2011年

2 彭勇;无线传感器网络中能量高效的目标跟踪协议研究[D];中南大学;2009年

3 谭立兴;无线传感器网络中能量均衡路由协议的研究[D];杭州电子科技大学;2011年

4 蹇兆文;基于无线传感网的展馆监控系统数据平台设计与实现[D];南京信息工程大学;2012年

5 李学威;基于物联网的环境监测系统研究[D];河南师范大学;2012年

6 晏强;基于WAPI的无线物联网接入终端设计与研究[D];成都理工大学;2012年

7 刘能宾;无线传感器网络数据收集公平性研究[D];西安电子科技大学;2012年

8 孙媛媛;基于移动平台的医疗物联网数据管理系统的设计[D];北方工业大学;2013年

9 翁慧娟;基于3G模块的移动通信终端研究与实现[D];武汉理工大学;2013年

10 郭呈宇;基于物联网的食品仓库信息采集平台[D];内蒙古大学;2013年

【二级参考文献】

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1 王保云;;物联网技术研究综述[J];电子测量与仪器学报;2009年12期

2 程京;沈永坚;张大方;黎文伟;;TCP-Shape:一种改进的网络拥塞控制算法研究[J];电子学报;2006年09期

3 胡兰萍;李燕;张琳;张黎明;王俊德;;遥感FTIR在大气环境监测中的新发展[J];光谱学与光谱分析;2006年10期

4 王向明;黄文;;上海市环境监测质量管理规划探讨[J];环境监测管理与技术;2010年03期

5 何炎祥;熊乃学;杨燕;;一种改进的TCP拥塞控制算法[J];计算机研究与发展;2005年12期

6 刘志峰;张宏海;王建华;杨文通;吴喜文;;基于RFID技术的EPC全球网络的构建[J];计算机应用;2005年S1期

7 郭新华;蒋艳;曹建霞;;基于ARM9的火灾图像报警监控系统设计[J];计算机应用;2007年S2期

8 杜金燕;潘俊阳;孙超;;基于高斯-马尔可夫模型的海洋环境辨识方法[J];计算机仿真;2009年12期

9 郑方伟;周明天;佘X;;RFID信息获取机制的分析与比较[J];计算机应用研究;2010年01期

10 周明;黄作维;;基于GPRS技术的生态环境监测系统设计[J];计算机测量与控制;2010年05期

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1 崔芳杰;智能住宅安全防范系统的研究与设计[D];汕头大学;2005年

2 梁浩;基于物联网的EPC接口技术研究[D];武汉理工大学;2006年

3 周圆;基于物联网管理系统的EPC规范研究[D];西南交通大学;2007年

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1 陈尚兵;王彬;钱积新;;TCP拥塞控制综述[J];计算机科学;2002年05期

2 赵永祥,陈常嘉;优惠券线性加乘性减拥塞控制协议[J];通信学报;2003年08期

3 王彬,吴铁军;即时恢复——一种新的TCP拥塞控制快速恢复算法[J];通信学报;2003年12期

4 郑刚,宋永华,谭民;TCP拥塞控制的混杂建模与分析[J];控制与决策;2004年07期

5 张军,郑明春;优化理论在TCP拥塞控制中的应用[J];山东理工大学学报(自然科学版);2004年02期

6 刘俊;无线环境下的TCP拥塞控制性能分析[J];深圳信息职业技术学院学报;2004年01期

7 邓晓衡,陈志刚,王建新,曾志文;基于测量的TCP拥塞控制的公平性研究[J];小型微型计算机系统;2004年11期

8 徐跃东,关治洪,王华;基于仿真的TCP拥塞控制研究[J];计算机工程;2004年23期

9 陶军;吴家皋;刘业;;无限重复流速与拥塞控制博弈实例的应用[J];东南大学学报(自然科学版);2005年06期

10 程福标,薛质,潘巍,李建华;区分流的主动拥塞控制[J];计算机工程;2005年07期

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1 金镝;王晓川;金士尧;;基于模糊理论的网络系统拥塞控制研究[A];第一届建立和谐人机环境联合学术会议（HHME2005）论文集[C];2005年

2 朱海;朱磊;;应用控制理论对TCP拥塞控制进行建模分析[A];2006中国西部青年通信学术会议论文集[C];2006年

3 袁国方;杨贵斌;梁策;;不同仿真环境下TCP拥塞控制特性研究[A];虚拟运营与云计算——第十八届全国青年通信学术年会论文集（上册）[C];2013年

4 杨洪勇;张福增;张嗣瀛;;互联网的自适应拥塞控制主对偶算法[A];2006全国复杂网络学术会议论文集[C];2006年

5 陈元琰;胡江伟;罗晓曙;苏聪;;基于最优化流控的TCP拥塞控制改进算法MReno[A];广西计算机学会2007年年会论文集[C];2007年

6 张东辉;王庆辉;魏立峰;;Ad hoc无线网络中的拥塞控制研究[A];第三届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2005年

7 卢利琼;罗晓曙;陈元琰;蒋品群;;高带宽时延乘积网络中几种拥塞控制端算法的比较分析[A];第二届全国复杂动态网络学术论坛论文集[C];2005年

8 严彬;熊伟清;程美英;叶青;;基于拥塞控制的多种群二元蚁群算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

9 张舒;徐鉴;;两时滞诱发的Internet拥塞控制模型的复杂非线性动力学研究[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年

10 郭省力;秦忠兰;;IP网络中的拥塞控制[A];第九届全国青年通信学术会议论文集[C];2004年

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1 ;流量控制与拥塞控制[N];人民邮电;2000年

2 聂荣 雷振明;NGN传输协议的研究[N];人民邮电;2003年

3 清华大学 程鹏 林闯 戴琼海 吴秋峰;组播中的拥塞控制[N];计算机世界;2001年

4 北京航空航天大学软件开发环境国家重点实验室 刘英智;基于公式的拥塞控制机制[N];计算机世界;2001年

5 林闯 罗万明;TCP 基于窗口的端到端的拥塞控制机制[N];计算机世界;2001年

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2 刘玉良;互联网拥塞控制系统的非线性稳定性研究[D];上海交通大学;2010年

3 罗万明;支持服务质量QoS的拥塞控制及其机制的研究[D];中国科学院研究生院（计算技术研究所）;2001年

4 詹振球;互联网拥塞控制系统稳定性及非线性动力学研究[D];上海交通大学;2012年

5 赵永祥;端到端拥塞控制的强制实施及多流控制器[D];北方交通大学;2001年

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4 李菁;面向网络加速的拥塞控制技术研究[D];中南大学;2011年

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本文编号：2671762