无线传感器网络能量均衡策略的研究

发布时间：2017-11-05 02:07

  本文关键词：无线传感器网络能量均衡策略的研究

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【摘要】：当大规模无线传感器网络节点能量有限时,网络能量消耗策略是影响网络覆盖范围大小和网络生存时间长短的一个关键因素。能量均衡消耗是一种提升网络能量效率,延伸网络覆盖率和生存时长的网络能量消耗策略。在能量均衡策略研究中,存在单向能量最优的网络能量均衡消耗策略,这种网络能量消耗是不平衡的,网络整体能量效率需要改进提高。为了优化这些问题,课题构造了一对虚拟平衡作用力:“吸引力”和“排斥力”。在标准粒子群优化算法和拟态物理学优化算法基础上,提出了一个混合策略粒子群算法,把平衡虚拟作用力和能量均衡策略融合到算法中,通过影响速度惯性权重因式来改变节点睡眠唤醒时长,从而均衡网络能量分布,提高网络能量效率,以及提高网络覆盖率和生存时间。首先,课题网络能量均衡策略是主动驱动式的网络能量消耗模式,也是基于层次式三叉树能量质心的能量消耗模式,网络剩余能量逐步收敛到网络局部能量质心,并最终趋向到整个网络能量质心。能量分布密度高的区域,延长唤醒待机时间,相反,则缩短待机时间,实现均衡网络能量消耗。其次,课题网络能量均衡策略是建立在邻居最优能量的网络拓扑基础上。引入了“吸引力”和“排斥力”这对平衡力,计算虚拟作用力合力和能量质心变化率,构建虚拟作用力规则,使工作单元和邻居单元间能量均衡消耗,实现动态邻居能量最优网络拓扑的网络能量均衡策略。然后,建立工程问题到算法的映射关系,把混合策略粒子群算法应用到运动目标跟踪问题的网络睡眠唤醒机制中。在理论力学质心运动定律:节点系对质心存在虚拟作用力的基础上,虚拟一个质心节点沿着能量层次树运动,通过虚拟作用力影响算法中进化方程速度。随着节点运动速度变化,网络自适应调整睡眠唤醒时长,进行网络能量均衡消耗。把工程具体问题和理论解决方案进行联系,通过算法性能评价的方法对该策略效果评估。最后,通过计算机MATLAB R2013a模拟仿真,以及参考其他研究数据进行分析对比,验证了课题网络能量均衡策略实现了均衡网络能量消耗。在层次式选择节点簇头能量均衡策略和最优能量选择节点簇头能量均衡策略基础上,进一步优化网络拓扑结构和睡眠唤醒机制中功率控制技术,提高了网络能量效率,同时延长了网络生存时间和网络覆盖率,提高了网络整体能量效率。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5
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本文编号：1142108