基于微粒群算法的无线传感器网络自组织成簇算法

摘要

随着无线电通信、微型传感器、人工智能以及嵌入式计算等技术的进步，无线传感器网络技术得到了迅速发展。目前，无线传感器网络在社会生活中应用广泛，包括国家安全、环境监测、交通管理、军事侦察以及农业等诸多领域。在传感器网络中，传感器节点具有体积小，高密度分布，节点能量有限等特征，这些特征限制了无线传感器网络技术的发展，所以需要研究节省节点能量消耗的成簇算法。成簇算法就是按某种方法将网络划分为若干个簇，通过竞争的方法在簇内选举出簇首，并且通过簇首来管理网络，使拓扑结构便于管理。簇首通过数据融合压缩了传输数据量，从而节省了网络能量，成簇算法已成为无线传感器网络节省能量的重要技术手段。 本研究基于无线传感器网络的特点，建立了以全网能量消耗最小为目标，在充分考虑了网络节点能量消耗前提下优化簇首的选择，提出了多跳的路由优化机制，并建立了一种适合无线传感器网络能量有效的优化数学模型。同时，将微粒群算法引入到无线传感器网络成簇问题的求解过程中，为使微粒群算法适合于该问题的求解，论文设计了适合微粒群算法的微粒位置向量和速度向量的更新机制，并用罚函数对成簇问题的两个主要约束条件进行了处理，给出了适应值函数。在MATLAB7.1平台上，通过实例仿真验证了所提出方法的有效性。

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第一章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 相关研究的国内外动态

1.2.1 国外动态

1.2.2 国内现状

1.3 本文主要完成的工作

第二章 微粒群优化算法

2.1 标准微粒群算法

2.2 算法流程

2.3 算法的特点

2.4 标准微粒群算法的参数分析

2.5 微粒群算法的研究现状与展望

第三章 无线传感器网络自组织成簇问题的建模

3.1 无线传感器网络面临的问题

3.2 自组织成簇问题概述

3.2.1 无线传感器网络成簇的优点

3.2.2 簇首产生的标准

3.2.3 簇内路由形成标准

3.3 自组织成簇算法概述

3.3.1 算法在成簇问题中的应用

3.3.2 成簇算法的约束条件

3.4 成簇问题建模

3.4.1 无线传感器网络特性分析

3.4.2 数学定义

3.4.3 能耗计算

3.4.4 数学模型建立

第四章 求解自组织成簇问题的微粒群算法

4.1 基于微粒群算法的成簇问题分析

4.2 微粒编码方式

4.2.1 编码要求

4.2.2 编码实现

4.2.3 微粒的编码调整

4.3 微粒更新机制

4.4 适应值函数

4.4.1 适应值函数的设计要求

4.4.2 罚函数法

4.5 算法流程

第五章 仿真实验

5.1 仿真环境

5.1.1 仿真工具

5.1.2 网络环境

5.2 实验设计

5.3 仿真结果及分析

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 进一步的研究工作

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢