基于蚁群算法的无线传感器网络路由优化研究

发布时间：2017-05-24 22:00

  本文关键词：基于蚁群算法的无线传感器网络路由优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)一般是指由传感器节点组成的多跳自组织网络,节点彼此之间以无线通信的方式交流。节点的特点是体积小、功耗低。目前已经广泛的应用在军事、智能交通、医疗卫生和环境监测等领域。传感器节点本身的能量有限和通信能力弱是WSN路由算法研究的核心内容。 WSN路由算法是指传感器节点根据需要把数据分组的从源节点转发到目的节点。本文首先介绍了WSN的结构、特征和协议栈模型,并对WSN的几种路由算法进行了对比分析,提出了以蚁群算法为数学模型的路由问题解决方法。针对基本蚁群算法收敛时间长且容易陷入局部最优解的问题,本文从信息素更新策略,能耗策略和转移概率策略三个方面进行了改进,并在MATLAB中对改进的算法进行仿真分析。仿真结果表明改进的蚁群算法能有效的寻找到最优路径,并且收敛速度较快,节点的能耗也较低。 在软件仿真的基础上,本文以现场可编辑门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)为控制核心设计出一种基于改进蚁群算法的硬件实现。各个功能模块设计完成后,对整个系统进行了功能仿真。结果表明基于FPGA的改进蚁群算法运行速度更快,工程实践意义明显。
【关键词】：无线传感器网络 路由算法 改进蚁群算法 FPGA
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5;TP18
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 课题的研究背景及意义11-12
• 1.2 课题的国内外研究现状12-15
• 1.2.1 路由算法的发展12-14
• 1.2.2 路由算法的分类14-15
• 1.3 蚁群算法的改进15-16
• 1.4 本文研究的内容及结构16-19
• 2 WSN路由算法简介19-33
• 2.1 WSN概述19-22
• 2.1.1 结构及节点特征19-21
• 2.1.2 协议栈21-22
• 2.2 WSN路由算法介绍22-31
• 2.2.1 平面路由算法22-26
• 2.2.2 分簇路由算法26-31
• 2.3 WSN路由算法的分析对比31
• 2.4 本章小结31-33
• 3 基于蚁群算法的WSN路由算法33-43
• 3.1 蚁群算法概述33-39
• 3.1.1 蚁群的行为描述33-34
• 3.1.2 蚁群算法的机制原理34-35
• 3.1.3 基本蚁群算法的数学模型35-37
• 3.1.4 基本蚁群算法的实现步骤37-39
• 3.2 基于改进蚁群算法的WSN路由算法39-42
• 3.2.1 能耗模型39-40
• 3.2.2 转移概率模型40-41
• 3.2.3 信息素更新策略41-42
• 3.3 本章小结42-43
• 4 仿真结果和分析43-49
• 4.1 实验模型及相关参数的设定43-44
• 4.2 仿真结果及分析44-48
• 4.3 本章小结48-49
• 5 改进蚁群算法的FPGA实现49-75
• 5.1 蚁群算法硬件的主要特点49
• 5.2 FPGA简述49-52
• 5.2.1 FPGA的基本结构49-50
• 5.2.2 FPGA最小系统的设计50-52
• 5.3 基于改进蚁群算法的WSN路由优化器的硬件系统设计52-55
• 5.4 改进蚁群算法各模块在FPGA上的设计与实现55-70
• 5.4.1 控制模块的设计55-57
• 5.4.2 存储器模块的设计57-58
• 5.4.3 随机数模块的设计58-59
• 5.4.4 下一步节点集查找模块设计59-61
• 5.4.5 下一步节点选择模块设计61-63
• 5.4.6 状态更新模块的设计63-65
• 5.4.7 信息素更新模块的设计65-68
• 5.4.8 最优路径选择模块设计68-70
• 5.5 结果分析70-73
• 5.6 本章小结73-75
• 6 总结与展望75-77
• 6.1 工作总结75
• 6.2 工作展望75-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-83
• 作者简介及读研期间主要科研成果83

【参考文献】

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  本文关键词：基于蚁群算法的无线传感器网络路由优化研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：392065