發(fā)布時(shí)間：2017-07-19 08:25

  本文關(guān)鍵詞：面向地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化研究

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【摘要】：傳感器設(shè)計(jì)、信息技術(shù)以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域的快速進(jìn)步,為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的發(fā)展鋪平了道路。WSN可以把虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界以前所未有的規(guī)模相結(jié)合,并開(kāi)發(fā)大量實(shí)用型的應(yīng)用,包括民用基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)、居住地監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、有毒氣體檢測(cè)、供應(yīng)鏈管理等方面。WSN的廣泛應(yīng)用使得網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化問(wèn)題成為研究的熱點(diǎn)。覆蓋率反應(yīng)了網(wǎng)絡(luò)所能提供的的感知服務(wù)質(zhì)量,是衡量WSN網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵指標(biāo)。本文對(duì)WSN的覆蓋理論進(jìn)行了研究與分析,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際場(chǎng)景選取靜態(tài)覆蓋方式部署傳感器節(jié)點(diǎn)。蜂群算法全局搜索能力強(qiáng),但后期收斂速度慢;粒子群算法開(kāi)發(fā)能力強(qiáng),但易陷入局部最優(yōu)解。本文提出一種優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的混合算法,并應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化中。混合算法將種群分為兩個(gè)子群,并分別按照蜂群算法和粒子群算法進(jìn)化。進(jìn)化過(guò)程中,兩個(gè)子群根據(jù)全局最優(yōu)解選擇不同的學(xué)習(xí)方式,實(shí)現(xiàn)子群進(jìn)化的相互引導(dǎo)。通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了算法在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的有效性,即可提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率,降低網(wǎng)絡(luò)冗余度,改善網(wǎng)絡(luò)性能。網(wǎng)絡(luò)生命周期是衡量WSN網(wǎng)絡(luò)性能最重要的指標(biāo),而能量是影響網(wǎng)絡(luò)生命周期的關(guān)鍵因素。LEACH協(xié)議是一種低功耗的分簇路由協(xié)議,其優(yōu)點(diǎn)是算法簡(jiǎn)單、無(wú)需路由維護(hù);其缺點(diǎn)是易出現(xiàn)能量空洞問(wèn)題和熱點(diǎn)問(wèn)題,且協(xié)議實(shí)現(xiàn)的前提條件是各節(jié)點(diǎn)能夠與基站直接通信,而這在實(shí)際情況中是不可能的。針對(duì)LEACH協(xié)議的缺點(diǎn),本文提出一種多跳路由改進(jìn)方案。在簇的建立過(guò)程,提出一個(gè)基于節(jié)點(diǎn)初始能量和當(dāng)前能量的簇首選擇概率公式,使得網(wǎng)絡(luò)能量負(fù)載更加均衡。在簇的路由建立過(guò)程,根據(jù)簇首能量、簇內(nèi)成員節(jié)點(diǎn)數(shù)和簇首位置三種因素,引入代價(jià)函數(shù),簇首根據(jù)代價(jià)函數(shù)選取中繼節(jié)點(diǎn),解決LEACH協(xié)議中的熱點(diǎn)問(wèn)題。使用MATLAB對(duì)改進(jìn)前后的LEACH協(xié)議進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果表明,改進(jìn)后的LEACH協(xié)議能夠有效均衡網(wǎng)絡(luò)能量負(fù)載,延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化算法的研究和路由協(xié)議的改進(jìn),面向地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)的WSN網(wǎng)絡(luò)性能得到了優(yōu)化。
【關(guān)鍵詞】：地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè) 覆蓋優(yōu)化 蜂群算法 粒子群算法 LEACH協(xié)議
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P694
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.2 WSN網(wǎng)絡(luò)覆蓋研究現(xiàn)狀12
• 1.3 WSN網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議研究現(xiàn)狀12-14
• 1.4 本文研究?jī)?nèi)容和章節(jié)安排14-16
• 第二章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與群智能算法16-28
• 2.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述16-18
• 2.1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)16-17
• 2.1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)17-18
• 2.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化目標(biāo)18-20
• 2.2.1 能耗分析18-19
• 2.2.2 設(shè)計(jì)策略19-20
• 2.3 典型路由協(xié)議分析與對(duì)比20-25
• 2.3.1 平面路由協(xié)議20-22
• 2.3.2 分層路由協(xié)議22-24
• 2.3.3 典型的路由協(xié)議比較24-25
• 2.4 群智能算法概述25-27
• 2.4.1 蜂群算法25-26
• 2.4.2 粒子群算法26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第三章 WSN的覆蓋優(yōu)化28-45
• 3.1 WSN覆蓋的基本理論28-29
• 3.1.1 區(qū)域覆蓋28
• 3.1.2 WSN覆蓋評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)28-29
• 3.2 WSN網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化算法設(shè)計(jì)29-35
• 3.2.1 蜂群算法29-32
• 3.2.2 粒子群算法32-33
• 3.2.3 混合算法設(shè)計(jì)33-35
• 3.3 基于混合算法的覆蓋優(yōu)化程序設(shè)計(jì)35-40
• 3.3.1 適應(yīng)度的程序設(shè)計(jì)35-38
• 3.3.2 蜂群部分程序設(shè)計(jì)38
• 3.3.3 粒子群部分程序設(shè)計(jì)38-39
• 3.3.4 主函數(shù)設(shè)計(jì)39-40
• 3.4 仿真實(shí)驗(yàn)及分析40-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 第四章 LEACH協(xié)議的研究與分析45-55
• 4.1 WSN路由協(xié)議性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)45-46
• 4.1.1 網(wǎng)絡(luò)生命周期45
• 4.1.2 能量均衡45-46
• 4.2 LEACH的分析與研究46-50
• 4.2.1 LEACH算法介紹47-49
• 4.2.2 LEACH存在的問(wèn)題49-50
• 4.3 仿真模型建立50-52
• 4.3.1 網(wǎng)絡(luò)模型50
• 4.3.2 無(wú)線通信能耗模型50-51
• 4.3.3 數(shù)據(jù)融合模型51-52
• 4.4 LEACH的仿真與分析52-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第五章 LEACH協(xié)議的改進(jìn)研究55-67
• 5.1 協(xié)議改進(jìn)思路55-57
• 5.1.1 改進(jìn)方案55-56
• 5.1.2 代價(jià)函數(shù)56-57
• 5.2 LEACH協(xié)議改進(jìn)57-60
• 5.2.1 簇首優(yōu)化57-58
• 5.2.2 簇間多跳路由58-60
• 5.3 參數(shù)分析60-62
• 5.3.1 距離臨界值60-61
• 5.3.2 權(quán)重系數(shù)61-62
• 5.4 仿真分析62-66
• 5.4.1 網(wǎng)絡(luò)生命周期62-63
• 5.4.2 能量效率63-64
• 5.4.3 能量均衡64-66
• 5.5 本章小結(jié)66-67
• 第六章 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)67-73
• 6.1 需求分析67
• 6.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)67-68
• 6.3 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)果顯示68-72
• 6.4 本章小結(jié)72-73
• 第七章 總結(jié)與展望73-75
• 7.1 本文總結(jié)73-74
• 7.2 研究展望74-75
• 致謝75-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 附錄80-89
• 附錄1 覆蓋優(yōu)化算法關(guān)鍵代碼80-83
• 附錄2 改進(jìn)LEACH協(xié)議關(guān)鍵代碼83-89

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本文編號(hào)：561930