wsn中基于梯度和群体智能算法的分簇拓扑算法研究

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1、学校代码10459学号或申请号201312171998密级硕士学位论文WSN中基于梯度和群体智能算法的分簇拓扑算法研究作者姓名：严晶晶导师姓名：阎新芳教授学科门类：工学专业名称：通信与信息系统培养院系：信息工程学院完成时间：2016年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterTheResearchofClusteringTopologyAlgorithmBasedonGradientandSwarmIntelligenceAlgorithminWSNByJingjing

2、YanSupervisor:Prof.XinfangYanCommunicationandInformationSystemSchoolofInformationEngineeringMay,2016学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中Ｗ明碗方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者；日期：＞日＾／件Ｉ月＾学位论文使用

3、授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学一位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：Ｉ日期；Ｖ日／年ｒ月＾ｉｒ摘要摘要无线传感器

4、网络(WirelessSensorNetwork,WSN)是涉及多种学科的前沿研究领域，具有非常广阔的应用前景，已经受到各界的广泛关注。传感器节点体积小，一般工作于环境恶劣之地，能量和计算能力有限，因此均衡能量消耗、延长生命周期在WSN的路由设计中占有非常大的重量。随着应用的发展，WSN的路由协议逐渐由平面协议向分层协议倾斜，呈现出层次化的趋势。而分簇拓扑控制算法作为分簇协议的基础，有着能量高效、可扩展性强等特点，得到了较为广泛的研究和应用。本文首先介绍一种基于梯度的拓扑控制算法(energy-awaretopologycontrolproto

5、colbasedongradient，ETBG)。该算法利用节点的通信半径将整个监测区域划分成各个梯度，有效降低了簇树的高度，减小了数据传输时延。但是簇头位置常常较偏，簇内紧凑性不好，且在选择网关时没有充分考虑能量和位置问题，使网关成为簇树的薄弱点。针对ETBG算法中存在的问题，本文提出一种基于梯度和群体智能算法的分簇拓扑算法(GradientandSwarmIntelligenceBasedClusteringTopologyAlgorithm，GSIA)。针对簇内紧凑性问题，在簇中建立双簇头模式，结合簇头的能量、簇头与成员之间的平均距离构建

6、适应度函数，利用粒子群搜寻最佳节点分任主副簇头。针对网关问题，构造新的路径评估函数和信息素更新模型，利用改进的变异蚁群算法对每个簇头建立路径，形成较为强壮的簇树，并且通过仿真实验分析了算法的性能。此外，为提高算法的稳定性，降低参数复杂度，提出一种新的簇树优化方案，利用粒子群算法，结合节点的位置和能量，对簇头和网关节点分别搜寻最佳的中继节点，以建立强壮的簇树结构。仿真结果表明，优化方案能有效提高算法的稳定性，增加网络的生命周期。最后，针对GSIA优化算法，给出网络维护和更新的方法，以提高算法的自适应性。关键词：无线传感器网络；分簇拓扑算法；梯度；

7、双簇头；粒子群算法；蚁群算法；IAbstractAbstractWirelesssensornetworkisafrontierresearchfieldinvolvingmultipledisciplines,whichhasaverybroadapplicationprospect,andhasbeenpaidextensiveattentions.Sensornodesareoftensmall,andgenerallyworkintheharshenvironmentsothattheirenergyandcomputingabilit

8、yislimited.Asaresult,howtobalancetheenergyconsumptionandprolongthelifetimeo