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基于GA的Ad Hoc网络多播QoS路由算法研究

作　者: 姜治军
导　师: 原萍
学　校: 东北大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: Ad Hoc网络 多播路由 QoS 遗传算法 信息熵 ST编码
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 11次
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内容摘要


无线移动Ad Hoc网络是一种具有高度动态拓扑结构、节点任意移动的自组织多跳网络,在军事和民用领域具有广阔的应用前景。随着各类多媒体业务及实时业务的普及和推广,在Ad Hoc网络中提供QoS支持越来越重要。多播方式能够有效地减轻网络和服务器负载,改善传输性能。然而Ad Hoc网络拓扑动态变化和节点能量受限等特性,使得如何设计出满足QoS要求的多播路由成为Ad Hoc网络研究与应用的关键和难点。遗传算法(GA)是一种高度并行、全局随机寻优的新型优化搜索算法,近年来已被广泛应用于求解QoS多播路由优化问题。针对Ad Hoc网络节点频繁移动、路径稳定性差的问题,提出基于信息熵GA的多播QoS算法(EMQGA),用信息熵作为路径稳定性的度量参数选择长寿的、稳定的路径,借助遗传算法来构建一棵具有较好稳定性满足QoS约束的多播树。并对传统遗传算法的编码机制进行改进,设计了适合编码方案的交叉、变异操作,使用参数控制策略在保证全局寻优的同时帮助算法稳步收敛。针对Ad Hoc网络节点能量受限的特性,提出基于GA的能效多播QoS路由算法(BMQGA),使用遗传算法来优化满足时延和节点度约束的成本小、能量大的多播树。编码机制采用改进的ST序列拓扑编码,降低了多播树编码操作的复杂度。单点、两点交叉结合的交叉策略增加了GA种群的多样性,提高了算法的搜索能力。基于能量修复函数的变异操作,有效的平衡了多播树中节点的能量消耗,延长了网络的生存时间。利用仿真软件对算法进行了仿真实验和性能分析。理论和实验结果表明算法收敛速度快,具有较好的性能,可以找到满足QoS约束的稳定性好或剩余能量大的多播树。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 课题的研究背景  9-13
    1.1.1 Ad Hoc网络的特点  9-10
    1.1.2 Ad Hoc网络的应用  10-12
    1.1.3 Ad Hoc网络的关键技术及研究现状  12-13
  1.2 课题主要研究工作  13-14
  1.3 论文的内容安排  14-15
第2章 Ad Hoc网络多播QOS路由研究  15-23
  2.1 Ad Hoc网络多播路由概述  15
  2.2 Ad Hoc网络多播路由中的QoS问题  15-18
    2.2.1 QoS概念  15-16
    2.2.2 QoS路由问题  16-18
  2.3 Ad Hoc网络多播QoS路由面临的问题  18
  2.4 Ad Hoc网络多播QoS路由技术研究现状  18-21
  2.5 本章小结  21-23
第3章 遗传算法研究  23-31
  3.1 遗传算法基本思想  23
  3.2 遗传算法的原理和方法  23-26
  3.3 遗传算法基本流程  26
  3.4 遗传算法的特点和应用  26-28
  3.5 遗传算法在Ad Hoc网络路由问题中的应用研究  28-29
  3.6 本章小结  29-31
第4章 基于信息熵GA的多播QoS路由算法  31-51
  4.1 路径稳定度的数学度量  31-32
  4.2 带宽时延约束的多播路由问题描述  32-33
  4.3 基于信息熵GA的多播QoS路由算法EMQGA  33-40
    4.3.1 编码及种群初始化  33-35
    4.3.2 适应度函数的设计  35-36
    4.3.3 选择操作  36
    4.3.4 交叉操作  36-37
    4.3.5 变异操作  37-38
    4.3.6 参数控制操作  38-39
    4.3.7 算法的整体描述  39-40
  4.4 仿真实现与性能分析  40-50
    4.4.1 仿真环境  40-42
    4.4.2 仿真网络模型  42-44
    4.4.3 路定稳定性度量模型的性能验证  44-46
    4.4.4 EMQGA算法性能分析  46-50
  4.5 本章小结  50-51
第5章 基于GA的能效多播QoS路由算法  51-67
  5.1 度约束多播树的遗传编码问题  51-52
    5.1.1 度约束的概念  51
    5.1.2 度约束多播树编码方法  51-52
  5.2 带度约束多播QoS能效路由问题描述  52-53
  5.3 基于GA的能效多播QoS路由算法BMQGA  53-62
    5.3.1 编码及种群初始化  54-55
    5.3.2 适应度函数的设计  55-56
    5.3.3 选择操作  56
    5.3.4 交叉操作  56-59
    5.3.5 变异操作  59-60
    5.3.6 算法的整体描述  60-62
  5.4 仿真实现与性能分析  62-65
  5.5 本章小结  65-67
第6章 结论  67-69
  6.1 主要工作总结  67
  6.2 未来研究方向  67-69
参考文献  69-73
致谢  73-75
作者在攻读硕士期间发表的学术论文  75

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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