基于粒子群算法的组网优化问题研究

发布时间：2017-09-27 06:07

  本文关键词：基于粒子群算法的组网优化问题研究

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【摘要】：无线传感器网络是由部署在指定区域内的若干传感器节点通过运行相关组网算法构成的分布式无线网络,是当今网络研究领域一个重要的研究课题。由于无线传感器网络的运行环境较为恶劣,且其能量严重受限,因此设计出具有能量高效性的组网算法是解决无线传感器网络能量供应限制的首要目标。本文首先介绍了无线传感器网络的应用领域、研究现状和相关概念。分析了现阶段同构无线传感器网络的组网算法及其不足,在此基础上设计了一种基于高效编码方案的粒子群分簇组网算法。最后结合网络的实际工作背景对算法进行仿真,分析了该算法的收敛速度和组网性能。针对无线传感器网络研究中如何实现整个网络的最优分簇和延长网络生存期的问题,该组网算法以延长网络生存期、实现各节点能耗平衡和提高网络数据传输效率为目标函数,将网络部署问题转化为非线性规划问题,并利用粒子群算法进行求解。仿真结果说明算法解决了无网关节点的同构传感器网络分簇形成和簇头选择问题,使各节点能耗更加平衡且高效,延长了网络生存期。针对基于标准粒子群算法的组网方案在求解优化问题过程中的不足,本文在此基础上改进了标准粒子群算法中个体粒子的迭代更新策略,对整个种群执行子群划分操作,使各粒子在搜索过程中不但能够参考全局最优解和个体最优解,还能够参考其所在子群的全局最优解,基于这一思路设计出多簇群协同进化粒子群优化算法(CEBCPSO)。该组网算法改进原始算法的初始解生成策略、粒子更新策略并结合最优分簇理论进行分簇操作和路由搜索。通过与标准粒子群算法进行仿真对比,分析了改进型粒子群算法的收敛性、能耗高效性和网络生存期改善情况。最后根据实际项目需求,以嵌入式开发板作为无线传感器终端建立一个含有若干节点的无线传感器网络,将设计的组网算法进行了仿真实验,实验结果表明算法能够对无线网络的数据传输进行有效控制。
【关键词】：无线传感器网络 分簇算法 路由算法 能量高效性 粒子群算法
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TP212.9;TP18
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 研究背景与意义12
• 1.2 无线传感器网络研究分类和研究现状12-16
• 1.2.1 无线传感器网络研究分类12-13
• 1.2.2 无线传感器网络研究热点13-14
• 1.2.3 研究现状和挑战14-16
• 1.3 本文研究内容及论文结构16-17
• 第2章 无线传感器网络路由问题综述17-29
• 2.1 无线传感器网络概述17-20
• 2.1.1 无线传感器网络体系结构17-19
• 2.1.2 无线传感器网络的基本特点19-20
• 2.2 无线传感器网络路由协议分类20-23
• 2.3 无线传感器网络分簇路由协议23-24
• 2.3.1 分簇路由的特点23
• 2.3.2 分簇路由协议的实现23-24
• 2.4 建立高能效无线传感器网络路由协议的关键措施24-25
• 2.5 无线传感器网络生存期25
• 2.6 带有无线传感器网络生存期优化思想的路由协议实例25-28
• 2.6.1 能量感知路由协议（Energy Aware Routing - EAR协议）25-27
• 2.6.2 低功耗自适应分簇路由协议（Low Energy Adaptive clusteringHierarchy - LEACH协议）27-28
• 2.7 本章小结28-29
• 第3章 基于粒子群算法的无线传感器网络组网方案与实例仿真29-43
• 3.1 问题的提出29
• 3.2 无线传感器网络系统模型29-32
• 3.2.1 无线传感器网络能耗分析及能耗模型29-31
• 3.2.2 网络模型31-32
• 3.3 参数定义32
• 3.4 组网模型32-35
• 3.4.1 簇头能耗33-34
• 3.4.2 网络通信效率34
• 3.4.3 簇内平均距离34-35
• 3.5 粒子群算法的优化机理35-37
• 3.5.1 粒子群算法的基本思想35-36
• 3.5.2 粒子群算法运行流程36-37
• 3.6 基于粒子群算法的两阶段分簇组网方案37-39
• 3.6.1 初始组网方案中簇头的选择37
• 3.6.2 基于粒子群算法的组网方案37-39
• 3.7 仿真结果与分析39-42
• 3.8 本章小结42-43
• 第4章 基于改进粒子群算法的无线传感器网络组网方案与实例仿真43-61
• 4.1 标准粒子群算法的局限性43
• 4.2 粒子群算法的改进43-46
• 4.2.1 基于簇间协同进化思想改进粒子群算法43-44
• 4.2.2 多簇群协同进化粒子群算法优化机理44-46
• 4.3 能耗分析以及最优分簇46-48
• 4.4 基于多簇群协同进化粒子群算法的两阶段分簇组网方案48-51
• 4.4.1 获得初始解49-50
• 4.4.2 基于多簇群协同进化粒子群优化算法的组网方案50-51
• 4.5 基于粒子群算法的路由选择方案51-53
• 4.5.1 路由模型51-53
• 4.5.2 基于多簇群协同进化思想的路由算法53
• 4.5.3 速度、位置更新53
• 4.6 仿真结果与分析53-60
• 4.7 本章小结60-61
• 第5章 组网算法在嵌入式平台的实现及结果分析61-68
• 5.1 搭建无线传感器网络系统61-64
• 5.1.1 软件系统移植61-62
• 5.1.2 网卡参数设置62
• 5.1.3 AODV路由协议的功能演示62-64
• 5.2 实验测试过程及分析总结64-68
• 5.2.1 实验过程64-67
• 5.2.2 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-74
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果74-75
• 致谢75-76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 韩志杰;吴志斌;王汝传;孙力娟;肖甫;;新的无线传感器网络覆盖控制算法[J];通信学报;2011年10期

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4 李莉;温向明;;无线传感器网络中分簇算法能量有效性分析[J];电子与信息学报;2008年04期

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4 汪祥莉;无线传感器网络中高能效路由技术的研究[D];武汉理工大学;2011年

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本文编号：928031