基于簇结构优化的无线传感器网络非均匀分簇路由算法

发布时间：2017-05-16 07:01

  本文关键词：基于簇结构优化的无线传感器网络非均匀分簇路由算法，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感器网络是由大量传感器节点组成动态的多跳通信网络,通常节点携带板上电源,能量受限。在大多数应用场合下,传感器节点无法充电或更换电池。一旦节点能量耗尽,就会影响整个网络的功能,继而加速网络死亡。而网络的重建,需要耗费大量人力和财力,因此,如何优化网络能耗,使网络生存周期最大化是传感器网络的核心问题之一。作为能耗优化策略,分层路由算法被认为是无线传感器网络中高效的节能方法之一,本文在研究随机分簇路由算法、均匀分簇路由算法和非均匀分簇路由算法的基础上,提出了基于簇结构优化的分簇路由算法,算法包括最优分簇数目计算、簇头选举、簇半径计算、孤立节点处理等多个方面内容,算法从多方面综合考虑来达到簇结构优化的目的。①最优分簇数目计算部分:重新建立了能耗模型,并推导了最优分簇数目计算公式。②簇头选举部分:算法提出了两种选举方法,第一是基于概率的迭代簇头选举方法,算法综合考虑了剩余能量、节点密度、节点能耗速度等多种因素,使簇头选举算法更合理,第二是根据节点能量的迭代选举方法,,方法改善了前一种簇头选举方法迭代次数过多,能耗较大的问题,不再比较节点的成簇概率而是直接比较包括节点剩余能耗、节点密度的影响因子,比基于概率的迭代簇头选举方法更直接更有效,减少了迭代过程的次数,达到了延长网络生命周期的目的。③簇半径计算部分:在原自适应分簇算法基础上添加了节点密度并重构了簇半径计算公式使计算公式更合理。④孤立节点处理部分:提出了一种孤立节点多跳加入邻居簇的算法,降低了孤立节点独立成簇的能耗。最后,为了优化全局参数,对应两种簇头选举方法,提出了基于量子遗传的路由优化算法,包括基于量子遗传的非均匀分簇路由算法QGCRA(Quantum Genetic Uneven Clustering Routing Algorithm)和基于量子遗传的能量高效的迭代选簇路由算法QGEEIC(Quantum Genetic Energy Efficient Iteration Clustering Routing Algorithm),算法基于双链量子遗传理论,改进了适应度函数、量子旋转门的旋转角,使整体算法更适合整体参数的优化,快速准确的求取最优参数组合。仿真结果显示算法在网络生存周期,基站接收数据包个数,以及网络总能耗速度等方面都有提高。QGEEIC算法的生命周期比LEACH算法延长了77.60%,比HEED算法延长了67.25%,比EEUC算法延长了54.20%,比UCRA算法延长了35.89%,比QGCRA算法延长了23.04%,比EEIC算法延长了12.74%。算法一定程度上达到了优化网络能耗,延长网络生命的目的。
【关键词】：无线传感器网络 簇结构优化 能耗优化 量子遗传算法
【学位授予单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 课题背景及意义11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 随机分簇路由算法12-13
• 1.2.2 均匀分簇路由算法13
• 1.2.3 非均匀分簇路由算法13-14
• 1.3 课题主要研究内容14-16
• 第2章 WSN路由协议的基本原理16-20
• 2.1 簇构建阶段16-18
• 2.2 稳定数据汇集阶段18-19
• 2.3 本章小结19-20
• 第3章 基于簇结构优化的分簇路由算法20-37
• 3.1 最优簇头数计算方法20-21
• 3.2 基于迭代的簇头选举方法21-23
• 3.2.1 基于概率的迭代簇头选举方法21-22
• 3.2.2 基于能量的迭代选举方法，22-23
• 3.3 簇半径计算方法23-24
• 3.4 孤立节点处理方法24-25
• 3.5 仿真分析25-36
• 3.5.1 最优分簇数目对网络能耗的影响25-28
• 3.5.2 选簇概率公式对能耗的作用28-30
• 3.5.3 簇半径计算公式对网络能耗的作用30-33
• 3.5.4 孤立节点处理方法对网络作用33-34
• 3.5.5 采用不同算法时能耗的情况34-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第4章 基于量子遗传全局参数优化的路由优化算法37-50
• 4.1 量子遗传算法原理37-38
• 4.2 基于量子遗传的路由优化算法38-40
• 4.3 仿真分析40-49
• 4.4 本章小结49-50
• 结论50-51
• 参考文献51-55
• 攻读硕士士学位期间发表的学术论文55-56
• 致谢56

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 Kong Haipeng;Li Ni;Shen Yuzhong;;Adaptive double chain quantum genetic algorithm for constrained optimization problems[J];Chinese Journal of Aeronautics;2015年01期

2 李建坡;姜雪;朱绪宁;;无线传感器网络能耗均衡LEACH路由算法[J];自动化仪表;2014年01期

3 谢和平;周海鹰;左德承;徐杰;周鹏;;无线传感器网络能量优化与建模技术综述[J];计算机科学;2012年10期

4 卿利;朱清新;王明文;;异构传感器网络的分布式能量有效成簇算法[J];软件学报;2006年03期

5 张葛祥,李娜,金炜东,胡来招;一种新量子遗传算法及其应用[J];电子学报;2004年03期

  本文关键词：基于簇结构优化的无线传感器网络非均匀分簇路由算法，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：370118