基于无线传感器网络的集中式分簇算法研究

发布时间：2017-09-27 21:14

  本文关键词：基于无线传感器网络的集中式分簇算法研究

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【摘要】：无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是一种综合信息采集、信息处理和信息传输功能于一体的新型无线网络。对其的研究和应用,把人类和物理世界紧密地结合在一起,实现了人们对物理环境的远程监测控制,是目前给人类生活带来深远影响的重要技术之一。通常情况下,采用电池给传感器节点供电,由于电池供电,节点的能量受到了限制,节点的能量直接影响了无线传感器网络的运行时间。路由协议负责在数据传输过程中寻找从源节点到目的节点的高效传输路径,设计能量高效的路由协议是延长网络生命周期、均衡网络能耗的一门关键技术。分簇算法符合用户终端对无线传感器网络路由协议设计的要求。分簇算法将网络中的传感器节点划分成多个簇,并在每个簇内选取簇头,然后完成数据传输。这种算法能够有效地管理网络中的节点部署和数据传输,提高了无线传感器网络的健壮性,均衡了网络的能量消耗,适用于大规模网络。LEACH-C算法是一种集中控制的分簇算法,网络中簇头的选取和簇的划分由基站统一控制。本文在LEACH-C算法的基础上,针对无线传感器网络中的能耗问题,提出改进算法,并进行了仿真分析。首先对LEACH-C算法的算法流程图、算法模型、算法的优缺点以及算法的研究现状进行了详细的分析。然后学习了QPSO算法的理论知识,并搭建了合适的适应函数。在此基础上,提出了利用QPSO算法对LEACH-C算法中簇头的选取进行优化的基于QPSO的集中式分簇算法(LEACH-CQ算法)。最后利用MATLAB进行相关仿真分析,结果表明,LEACH-CQ算法相对LEACH-C算法,在算法生命周期,网络剩余能量以及基站接收数据包方面都有明显提高。为进一步解决无线传感器网络能耗问题并延长算法生命周期,提出基于QPSO和双簇头的集中式分簇算法(LEACH-CAQ算法)。该算法的主要思想是在主簇头距离基站大于二分之一区域边长的簇内,选择簇内剩余能量最大的节点作为辅助簇头,并利用QPSO算法对主簇头和辅助簇头进行优化。仿真结果表明,LEACH-CAQ算法相对LEACH-CQ算法,在算法生命周期,网络剩余能量以及基站接收数据包方面都有明显提高。
【关键词】：无线传感器网络 集中式 LEACH-C算法 QPSO算法
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-11
• 1.2.1 无线传感器网络国内外研究现状10-11
• 1.2.2 无线传感器网络路由协议研究现状11
• 1.3 无线传感器网络11-14
• 1.3.1 无线传感器网络结构11-13
• 1.3.2 无线传感器网络协议栈13-14
• 1.4 无线传感器网络面临的挑战和约束14-16
• 1.5 无线传感器网络重点研究技术16-17
• 1.6 本论文研究的主要内容和结构安排17-19
• 2 无线传感器网络路由协议19-29
• 2.1 路由协议特点19
• 2.2 路由协议设计目标和技术挑战19-21
• 2.2.1 路由协议设计目标19-20
• 2.2.2 路由协议技术挑战20-21
• 2.3 路由协议分类21-28
• 2.3.1 平面路由协议21-24
• 2.3.2 分层路由协议24-25
• 2.3.3 基于能量的路由协议25-26
• 2.3.4 基于移动性的路由协议26-28
• 2.3.5 其他路由协议28
• 2.4 本章小结28-29
• 3 无线传感器网络分簇算法29-39
• 3.1 分簇路由技术特点29
• 3.2 现有的经典分簇算法分析29-34
• 3.2.1 LEACH算法29-31
• 3.2.2 PEGASIS算法31-32
• 3.2.3 TEEN算法32-33
• 3.2.4 DEEC算法33-34
• 3.3 LEACH-C算法研究34-38
• 3.3.1 LEACH-C算法介绍34
• 3.3.2 LEACH-C算法模型34-37
• 3.3.3 LEACH-C算法优缺点分析37-38
• 3.4 LEACH-C算法研究现状38
• 3.5 本章小结38-39
• 4 基于QPSO的集中式分簇算法研究39-50
• 4.1 改进算法设计思想39-40
• 4.2 簇头选择优化方案40-44
• 4.2.1 量子行为粒子群优化算法简介40-43
• 4.2.2 相关公式分析43-44
• 4.3 改进算法实现步骤44-45
• 4.4 改进算法仿真分析45-49
• 4.4.1 仿真环境45-46
• 4.4.2 仿真结果分析46-49
• 4.5 本章小结49-50
• 5 基于QPSO和双簇头的集中式分簇算法研究50-57
• 5.1 改进算法设计思想50-51
• 5.2 相关公式分析51-52
• 5.3 改进算法实现步骤52
• 5.4 改进算法仿真分析52-56
• 5.4.1 仿真环境52-54
• 5.4.2 仿真结果分析54-56
• 5.5 本章小结56-57
• 结论57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-63
• 攻读学位期间的研究成果63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王春梅;;一种基于LEACH-C改进的能量有效分簇协议[J];通信技术;2015年06期

2 林启中;张冬梅;王聪;许魁;;基于位置信息的双簇头路由算法[J];计算机应用;2015年03期

3 陈东海;李长庚;;基于簇头功能分化的无线传感器网络成簇算法[J];传感技术学报;2015年02期

4 蒋华;刘伟强;王鑫;;无线传感器网络中Leach-c路由协议的研究与改进[J];微电子学与计算机;2014年12期

5 周建钦;刘成;;WSN分簇路由协议LEACH的研究与改进[J];杭州电子科技大学学报(自然科学版);2014年06期

6 覃海生;何传波;吴文俊;耿茂奎;蒋忠夏;;基于细胞膜优化算法的WSN分簇协议研究[J];计算机工程;2014年11期

7 郑波;楼旭阳;崔宝同;;基于位置加权粒子群算法的WSNs能量优化[J];江南大学学报(自然科学版);2014年05期

8 陆亚芳;易可夫;冯绪;万江文;;基于模糊理论的无线传感器网络多层分簇式路由算法[J];传感技术学报;2014年07期

9 吴玉成;谢璐;;分布式能量高效的WSN非均匀分簇路由多跳算法[J];江苏大学学报(自然科学版);2014年02期

10 王勇智;陈其工;魏利胜;汪石农;;无线传感器网络LEACH算法的改进[J];燕山大学学报;2014年02期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 尹湘源;无线传感器网络低能耗分簇路由算法关键技术研究[D];华东理工大学;2014年

2 童孟军;无线传感网能量有效路由协议的研究[D];浙江工业大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 杨阳;基于优化算法的无线传感器网络分簇路由协议的研究及实现[D];浙江大学;2015年

2 何传波;无线传感器网络关键技术的研究[D];广西大学;2014年

3 程U，

本文编号：931920