基于EOABC的WSNs能量优化研究
发布时间：2020-07-13 17:43
【摘要】：无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)应用越来越广泛,大部分WSNs节点使用电池供电,能耗是WSNs非常关心的一个重要指标。WSNs中一个或多个传感器节点能量耗尽后,不能与其他节点通信。这会影响到网络服务质量,降低整个WSNs的寿命。因此,如何优化利用WSNs各节点有限的能量资源是WSNs的重要研究方向。本文对WSNs的能量优化问题进行了深入的研究,针对WSNs中存在的能量消耗快、网络能量不均衡的问题,提出了基于人工蜂群算法(Artificial Bee Colony,ABC)的层次路由算法,对层次路由算法的分簇方法进行了优化,实现了结合WSNs剩余能量信息和位置信息进行分簇的能量优化路由算法。本文的主要研究内容分为以下三个部分:(1)针对标准ABC算法在WSNs的能量优化路由求解过程中存在的收敛速度慢的问题,提出了改进人工蜂群算法EOABC(Experience-Oriented Artificial Bee Colony,EOABC),使用蜜源变化信息和全局最优蜜源作为蜜蜂搜索蜜源的引导,提高单个蜜蜂的局部寻优能力,进而增强EOABC算法的全局寻优能力。实验证明,EOABC算法能够在短时间内收敛到全局最优解,且跳出局部最优解能力较强,能够满足算法在WSNs能量优化路由求解中的应用。(2)针对现有WSNs层次路由协议中存在的能量消耗快、能量不均衡等问题,提出了一种基于EOABC的能量优化路由算法。该算法在融合剩余能量信息和位置信息构建评价模型的基础上,使用EOABC算法进行模拟计算,计算出当前WSNs中能量最优的簇首节点组合;随后,使用簇首节点轮流选择的方法选择簇内节点建立路由;最后将计算出的路由广播给各传感器节点。该算法可以根据当前网络信息获得能耗较小的网络路由,具有更强的适应性。(3)使用NS-3网络模拟软件对基于EOABC的层次路由算法进行性能评价。使用平均剩余能量、存活节点个数和节点剩余能量标准差三个参数对路由算法的能量消耗和能量均衡两方面性能进行了评价。实验表明,EOABC算法能够有效地计算能量优化的路由方案,降低网络整体能耗,提高网络能量的均衡性,进而提高WSNs的网络服务质量和寿命。
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【图文】：
络逡逑拓扑结构会随着环境变化、能量耗尽、节点的移动、新节变化。这对ＷＳＮｓ路由算法的适应性提出了较高的要求，一能够随着周围环境因素的改变对网络路由进行实时的调整。逡逑大量存在于ＷＳＮｓ中，它的计算能力和通信能力较弱。传感换模块、处理器、通信模块和能量供应模块所组成（杨传顺器模块用于监测区域的物理信息，并使用模数转换模块将转换成数字信号，传感器和模数转换器均对传感器节点的感对能量消耗的影响并不大；处理器模块负责整个节点的控采用低功耗的嵌入式处理器，这类处理器主频较低，且通常因此可以在应用中通过改变时钟频率控制处理器能量消耗；Ｎｓ的无线通信，通信模块一般由发射电路、功率放大电路和部分能耗不同，但无线通信需要有足够的能量将信号辐射到整个传感器节点中能量消耗最大的模块；能量供应模块包含，该模块有两个作用，其一，为传感器节点中其他模块的运，向处理器报告当前节点的剩余能量信息。逡逑
耗尽会严重影响ＷＳＮｓ的网络服务质量，所以研究ＷＳＮｓ的能耗情况是路由协议的基础。逡逑信息和无线通信是传感器节点能量消耗的两个主要部分。节点感知信息的数据采集和节点控制两个部分。目前，大部分的无线传感器节点使用的是入式处理器，所以这一部分的能量消耗并不是很多。节点通信能量主要消块向空间辐射无线信号，通信模块的能耗与节点间距离和数据分组大小关ＷＳＮｓ中能量消耗最大的部分。逡逑ｓ节点有四种工作模式：发送模式、接收模式、监听模式和睡眠模式。这能量的消耗不同。节点处于发送模式时，需要将采集到的数据包或者需要包采用无线通信的方式发送到ＷＳＮｓ中，该模式是ＷＳＮｓ节点中能耗最点处于接收模式时，节点接收相邻节点发送的数据包。当节点处于监听然没有数据收发的任务，节点仍需要给射频模块提供足够的能源以保持监保证数据被正常接收，节点能量消耗与接收模式能量消耗大致相同。节点态时，没有通信任务，射频模块被关闭，此时节点的能量消耗是极低的。于不同模式下的节点能量消耗分布。逡逑２０逡逑
Ｆ丨ｏｏｄｉｎｇ协议是一种早期的ＷＳＮｓ路由协议。传感器节点将接收到的信息广播给逡逑所有邻居节点，邻居节点重复广播操作，直到数据包到达目的节点或者数据包被转发逡逑的次数超过最大跳数为止。Ｆｌｏｏｄｉｎｇ协议的数据传输机制如图４所示，当源节点Ａ采逡逑集到数据后将数据广播给邻居节点Ｂ、Ｃ、Ｄ节点，Ｂ、Ｃ、Ｄ节点分别转发数据，数逡逑据通过Ａ－＞Ｂ－＞Ｅ、Ａ－＞Ｂ－＞Ｃ－＞Ｅ、Ａ－＞Ｃ－＞Ｅ、Ａ－＞Ｄ－＞Ｅ四条路径发送给汇聚节点Ｅ。逡逑P樺义贤迹村澹疲欤铮铮洌椋睿缧楣ぷ骰棋义希疲椋纾村澹裕瑁邋澹鳎铮颍脲澹恚澹悖瑁幔睿椋螅礤澹铮驽澹疲欤铮铮洌椋睿珏澹穑颍铮簦铮悖铮戾义希稿义
本文编号：2753776
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【图文】：
络逡逑拓扑结构会随着环境变化、能量耗尽、节点的移动、新节变化。这对ＷＳＮｓ路由算法的适应性提出了较高的要求，一能够随着周围环境因素的改变对网络路由进行实时的调整。逡逑大量存在于ＷＳＮｓ中，它的计算能力和通信能力较弱。传感换模块、处理器、通信模块和能量供应模块所组成（杨传顺器模块用于监测区域的物理信息，并使用模数转换模块将转换成数字信号，传感器和模数转换器均对传感器节点的感对能量消耗的影响并不大；处理器模块负责整个节点的控采用低功耗的嵌入式处理器，这类处理器主频较低，且通常因此可以在应用中通过改变时钟频率控制处理器能量消耗；Ｎｓ的无线通信，通信模块一般由发射电路、功率放大电路和部分能耗不同，但无线通信需要有足够的能量将信号辐射到整个传感器节点中能量消耗最大的模块；能量供应模块包含，该模块有两个作用，其一，为传感器节点中其他模块的运，向处理器报告当前节点的剩余能量信息。逡逑
耗尽会严重影响ＷＳＮｓ的网络服务质量，所以研究ＷＳＮｓ的能耗情况是路由协议的基础。逡逑信息和无线通信是传感器节点能量消耗的两个主要部分。节点感知信息的数据采集和节点控制两个部分。目前，大部分的无线传感器节点使用的是入式处理器，所以这一部分的能量消耗并不是很多。节点通信能量主要消块向空间辐射无线信号，通信模块的能耗与节点间距离和数据分组大小关ＷＳＮｓ中能量消耗最大的部分。逡逑ｓ节点有四种工作模式：发送模式、接收模式、监听模式和睡眠模式。这能量的消耗不同。节点处于发送模式时，需要将采集到的数据包或者需要包采用无线通信的方式发送到ＷＳＮｓ中，该模式是ＷＳＮｓ节点中能耗最点处于接收模式时，节点接收相邻节点发送的数据包。当节点处于监听然没有数据收发的任务，节点仍需要给射频模块提供足够的能源以保持监保证数据被正常接收，节点能量消耗与接收模式能量消耗大致相同。节点态时，没有通信任务，射频模块被关闭，此时节点的能量消耗是极低的。于不同模式下的节点能量消耗分布。逡逑２０逡逑
Ｆ丨ｏｏｄｉｎｇ协议是一种早期的ＷＳＮｓ路由协议。传感器节点将接收到的信息广播给逡逑所有邻居节点，邻居节点重复广播操作，直到数据包到达目的节点或者数据包被转发逡逑的次数超过最大跳数为止。Ｆｌｏｏｄｉｎｇ协议的数据传输机制如图４所示，当源节点Ａ采逡逑集到数据后将数据广播给邻居节点Ｂ、Ｃ、Ｄ节点，Ｂ、Ｃ、Ｄ节点分别转发数据，数逡逑据通过Ａ－＞Ｂ－＞Ｅ、Ａ－＞Ｂ－＞Ｃ－＞Ｅ、Ａ－＞Ｃ－＞Ｅ、Ａ－＞Ｄ－＞Ｅ四条路径发送给汇聚节点Ｅ。逡逑P樺义贤迹村澹疲欤铮铮洌椋睿缧楣ぷ骰棋义希疲椋纾村澹裕瑁邋澹鳎铮颍脲澹恚澹悖瑁幔睿椋螅礤澹铮驽澹疲欤铮铮洌椋睿珏澹穑颍铮簦铮悖铮戾义希稿义
本文编号：2753776
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