基于群智能優(yōu)化技術(shù)的無線傳感網(wǎng)分簇路由算法研究.pdf

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1、單位代碼：１０２９３密級(jí)：公開考皮緣隹碩女訟Ａ考Ｕ命葦－受，ｍ論文題目；基于群智能優(yōu)化技術(shù)的無線傳感網(wǎng)分簇路由算法硏究學(xué)號(hào)１２１２０６３３２２姓名張影影導(dǎo)師ＪＳｇ專業(yè)學(xué)位類別工程碩古類型今日制－＇心？專業(yè)一、（領(lǐng)域）控制工程．．．？，？／Ｗ．＇■一論女提交日期．二零五年五月．Ｖ‘、．度．：鄰南京郵電大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明ｉ本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研

2、巧工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，化不包含為獲得南京郵電大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。一同工作的同志對(duì)本研巧所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明并表示了謝意與我。一。本人學(xué)位論文及涉及相關(guān)資料若有不實(shí)，愿意承擔(dān)切相關(guān)的法律責(zé)任：研巧生簽名：鳴聲日期政＾作南京郵電大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明本人授權(quán)南京郵電大學(xué)可Ｗ保留并向國家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子文檔？：允

3、許論文被查閱和借閱；可將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索Ｉ可從采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編本學(xué)位論文。本文電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)一論文的內(nèi)容相致。論文的公布（包括刊登）授權(quán)南京郵電大學(xué)研充生院辦理。涉密學(xué)位論文在解密后適巧本授權(quán)書。研究生簽名；職導(dǎo)師簽名；＿日期；齊AClusteringRoutingAlgorithmforWSNBasedonSwarmIntelligenceOptimizationTechniqueThesisSubmittedtoN

4、anjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByYingYingZhangSupervisor:Prof.JieLuoMay2015摘要作為一種新的信息獲取和處理模式，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）已成為國內(nèi)外關(guān)注的研究熱點(diǎn)。由于傳感器節(jié)點(diǎn)本身能量的限制，路由算法的好壞對(duì)WSN性能有著重要的影響。分簇機(jī)制和路由機(jī)制是分簇路由算法中的重要研究內(nèi)容。前者負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，即對(duì)簇頭數(shù)量、簇頭位置等要

5、素進(jìn)行合理的配置，后者解決以最佳的路徑將收集到的數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點(diǎn)。良好的分簇機(jī)制和路由機(jī)制可以有效均衡網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期。本文主要針對(duì)WSN分簇路由算法進(jìn)行研究，主要研究工作如下：（1）在基本粒子群優(yōu)化算法（BPSO）的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了慣性權(quán)重和加速因子，給出了改進(jìn)的粒子群算法（IBPSO）。該算法相對(duì)于BPSO算法主要做了兩個(gè)方面的改進(jìn)：在慣性權(quán)重中引入個(gè)體最優(yōu)和全局最優(yōu)因子，使得粒子能夠根據(jù)收斂情況調(diào)整速度大?。会槍?duì)BPSO算法在迭代后期種群的多樣性急劇減少，容易收斂到局部最優(yōu)解的

6、缺點(diǎn)，改進(jìn)了加速因子，使得加速因子不再是固定值，而是根據(jù)粒子自身記憶和群體經(jīng)驗(yàn)在運(yùn)動(dòng)中所起到的作用做出動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而影響粒子速度的大小。測(cè)試函數(shù)結(jié)果表明，改進(jìn)后的IBPSO算法的全局搜索能力和收斂速度都有一定的提升。（2）針對(duì)LEACH算法中簇頭選擇的隨機(jī)性，從而使網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)能量消耗不均衡，引入IBPSO算法改進(jìn)了分簇機(jī)制，提出了一種基于改進(jìn)粒子群優(yōu)化的WSN非均勻成簇算法（PSO-CRA)。首先根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)建立了適應(yīng)度函數(shù)，將節(jié)點(diǎn)的剩余能量、節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)的距離、節(jié)點(diǎn)間的距離等因素考慮進(jìn)來，然后基于

7、適應(yīng)度函數(shù)利用IBPSO算法對(duì)簇頭選擇進(jìn)行優(yōu)化，從而得到最優(yōu)簇組。仿真實(shí)驗(yàn)表明，此算法與LEACH算法相比，改善了簇頭隨機(jī)選擇造成的節(jié)點(diǎn)能量消耗不均衡，延長了網(wǎng)絡(luò)生命周期。（3）針對(duì)LEACH算法中簇頭節(jié)點(diǎn)以單跳的方式直接與匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，從而使網(wǎng)絡(luò)能耗不均衡，引入蟻群算法改進(jìn)了路由機(jī)制，提出了一種基于改進(jìn)蟻群優(yōu)化的WSN多跳分簇路由算法（ACO-CRA）。利用蟻群的動(dòng)態(tài)適應(yīng)性和尋優(yōu)能力，并將節(jié)點(diǎn)剩余能量和傳輸距離引入蟻群算法中，在簇頭與匯聚節(jié)點(diǎn)之間尋找一條能量高效的最優(yōu)路徑進(jìn)行通信。仿真結(jié)果表明，

8、此算法與LEACH算法相比，在網(wǎng)絡(luò)生命周期上有較大的提高。（4）在對(duì)分簇機(jī)制和路由機(jī)制研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合改進(jìn)的粒子群算法和蟻群算法，給出了基于改進(jìn)粒子群和蟻群優(yōu)化的WSN分簇路由算法（PSOACO-CRA）。該算法在成簇階段采用粒子群優(yōu)化算法優(yōu)化簇頭選擇，從而均衡消耗網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)能量；在數(shù)據(jù)傳輸階段采用改進(jìn)蟻群優(yōu)化算法優(yōu)化傳輸路徑，尋找簇頭節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的能量高效的最優(yōu)路徑。仿真結(jié)果表明，該算法相對(duì)于PSO-CRA、ACO-CRA性能有進(jìn)一步的提