自适应聚簇算法的设计与分析

作     者：丁雅博 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：余建国

授予年度：2017年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：无线自组网 自适应 聚簇算法 负载均衡定位算法 

摘      要：为了保证网络的可扩展性和服务质量(QoS,Quality of Service),无线移动网络通常采用分级结构。而网络的生命周期和带宽利用率在很大程度上都依赖于其分级拓扑结构的负载均衡性。本文基于国家自然基金重点项目《无定形扁平化自组织无线网络与关键技术》,围绕军事和救灾等应急场景的实际需求,为了自适应地提高无线自组网的负载均衡性,进而延长网络的生命周期,提高网络的带宽利用率,基于现有经典算法自适应按需加权(AOW,Adaptive On-demand Weighting)分簇算法,提出了一种同质节点的自适应分簇算法:自适应负载均衡(ALB, Adaptive Load Balancing)算法。又由于节点移动频繁的特殊性,无线自组网的一些实用功能需要建立在节点的快速定位之上。为了满足无线自组网在无锚节点和中心节点的情况下快速定位的需求,本文基于现有经典算法map-growing定位算法提出了一种基于分簇结构的无锚节点网络定位算法。上述两种算法均通过C++语言搭建的平台进行仿真,验证了其可行性,并与现有经典算法的性能做出比较分析。本文的主要工作和创新点主要包括以下几个方面:1、提出了由簇成员节点主动选择簇头的方案。该方案能有效解决在非交叠簇模式下的入簇冲突问题。仿真试验证明,该方案能加强算法的鲁棒性,减少分簇的随机性,将负载平衡因子提高至自适应按需加权算法的4至10倍,有效地提升了网络的整体性能。2、提出了在加权分簇法的基础上加入自适应门限的方案。门限法能够有效地限制单个簇的节点数量,提高网络的负载均衡性。自适应的门限设定更契合加权法的思想,也更符合无线自组网的要求。仿真实验证明基于加权法的分簇算法门限可设置区间较大,符合自适应的要求。3、提出了一种基于分簇结构的无锚节点网络定位算法。该算法为分布式算法,减小了递归深度,加快了定位速度;该算法基于分簇思想,避免了递归过程中误差的叠加;该算法利用冗余信息对定位结果进行修正,减小了整体误差。仿真试验证明:该算法能有效地加快定位速度,且与map-growing算法相比,整体误差降低10%以上。