改进蛙跳算法的WSN路由协议研究

发布时间：2017-10-13 08:04

  本文关键词：改进蛙跳算法的WSN路由协议研究

  更多相关文章： 无线传感器网络 模拟退火算法 蛙跳算法 分簇 双向环

【摘要】：随着无线通信和微电子机械系统(MEMS)以及人工智能技术的飞速发展,人类已经逐渐步入互联网+的时代。无线传感器网络很快地应用于物联网领域中,引起了国内外学术科研机构商界和商界的广泛关注,主要归因于无线传感器网络的自我组织能力、动态的网络拓扑结构以及大规模网络等特点。无线传感器网络就是由大量廉价、无处不在的、具备无线通信和计算能力的微小型传感器节点构成的无线自组织网络。主要是通过整个网络各处的传感器节点分布合作式接收、汇聚和处理节点的数据信息。然而,无线传感器节点自身有限的能量是其致命的弱点,影响整个网络的生命周期,所以设计合适的无线传感器网络路由协议是至关重要的,合理有效的分簇路由协议算法对减少无线传感器节点能耗提高节点能量利用率是十分必要的。本文简介蛙跳算法的原理,并分析总结他人研究成果上得出蛙跳算法应用于WSN路由协议中的优势,同时也指出了蛙跳算法的缺陷,进而对其进行改进。为了改进蛙跳算法的族群内部局部最优能力,本文引进了模拟退火算法的Metropolis判别准则,并且提出一种双向环迁移机制以提高该算法跳出局部最优能力改善了蛙跳算法,提出了一种新的算法SFSLA算法。通过MATLAB软件对高维单峰函数和高维多峰函数进行求解分析,实验结果表明SFSLA比SFLA、ISFLA在迭代速度还有精度方面更胜一筹,同时在“早熟”现象上也表现不俗。验证了SFSLA算法的优越性,为下文提出改进的路由协议打下扎实的理论基础。论文最后总结已有的各类分簇路由协议后,提出了一种改进蛙跳算法的无线传感器网络路由协议。该算法结合传感器节点本身剩余能量和位置建立适应度函数,通过改进蛙跳算法实现适应度函数的最优求解,从而获得合适的分簇,并且在簇头节点数据传输时采用单跳与多跳路由混合的新的路由方式。使用OPNET仿真软件对LEACH协议、SFLA协议进行模拟仿真实验。对比分析实验结果表明改进后的路由协议在簇头分布、降低网络能耗,延长网络的生存周期、提高能耗均衡度、降低网络时延方面有明显的优势。
【关键词】：无线传感器网络 模拟退火算法 蛙跳算法 分簇 双向环
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP18;TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章：绪论9-14
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.1.1 课题的研究背景9
• 1.1.2 课题研究的意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 本文的主要内容和的组织结构12-14
• 1.3.1 本文研究的主要内容12
• 1.3.2 本文的结构安排12-14
• 第二章：无线传感器网络14-19
• 2.1 WSN的体系结构14-18
• 2.1.1 无线传感网络的体系结构14-15
• 2.1.2 无线传感网络的节点体系结构15-16
• 2.1.3 无线传感网络能耗结构16-17
• 2.1.4 无线传感网络的通信体系结构17-18
• 2.2 本章小结18-19
• 第三章：WSN路由协议的相关研究19-27
• 3.1 WSN路由协议的特点19
• 3.2 WSN路由协议的设计的性能指标19-20
• 3.3 WSN路由协议的分类20-25
• 3.3.1 经典WSN路由协议20-25
• 3.3.2 经典的WSN路由协议的总结对比25
• 3.4 本章小结25-27
• 第四章：改进蛙跳算法的研究27-40
• 4.1 蛙跳算法的简介27
• 4.2 蛙跳算法原理27-30
• 4.3 蛙跳算法应用WSN的优势30-31
• 4.4 蛙跳算法的优缺点31
• 4.5 SALF算法的改进31-34
• 4.5.1 概述31-32
• 4.5.2 模拟退火算法的Metropolis准则32
• 4.5.3 族群间的双向环形迁移结构32-33
• 4.5.4 基于模拟退火的双向环蛙跳算法步骤33-34
• 4.6 SALSA算法的实验分析34-38
• 4.6.1 经典测试函数34
• 4.6.2 迭代次数的对比试验34-38
• 4.6.3 精度对比试验38
• 4.7 本章小结38-40
• 第五章：改进的路由协议的设计与仿真40-57
• 5.1 提出新的改进协议40-42
• 5.1.1 改进蛙跳算法的分簇40
• 5.1.2 数据传输路由协议40-42
• 5.2 仿真软件OPNET的介绍42-43
• 5.3 实验和分析43-50
• 5.3.1 建立网络拓扑结构43-44
• 5.3.2 定义包格式44
• 5.3.3 进程模型44-47
• 5.3.4 节点模型47-50
• 5.4 仿真结果分析50-56
• 5.4.1 参数设置50
• 5.4.2 实验性能指标50-52
• 5.4.3 仿真结果及分析52-56
• 5.5 本章小结56-57
• 第六章：总结与展望57-59
• 6.1 总结57-58
• 6.2 展望58-59
• 参考文献59-62
• 附录62-63
• 致谢63

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本文编号：1023712