基于改进蚁群算法的无线传感器网络路由的研究

发布时间：2017-04-15 23:14

  本文关键词：基于改进蚁群算法的无线传感器网络路由的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）由大量具有自组网能力的传感器节点组成，节点收集和处理特定区域的信息，并将数据转发到汇聚节点进而传输给终端用户。无线传感器网络随着传感技术、嵌入技术、微机电技术和无线通信技术的不断发展，逐步成为近年来社会的研究热点，已被广泛应用在国防军事、医疗卫生、环境监测和交通监测等领域，有着广阔的发展前景。但由于传感器节点能量有限，无线传感器网络路由协议的设计首先需要解决的问题是如何实现网络能量均衡和减少能耗，以提高无线传感器网络的能源有效性和延长网络有效时间。为解决上述问题，本文提出了一种基于位置和抵抗素策略的蚁群算法（Ant Colony Algorithm Based on Position andResistance，PRACA），并以该改进蚁群算法为基础设计了一个平面无线传感器网络的路由协议。 该算法在蚁群算法上做了如下改进：（1）引入位置带概念，使节点有方向性地转发蚂蚁，减少因盲目寻找路径而造成不必要的能量消耗；（2）提出抵抗素概念，与路径上的信息素相结合指导蚂蚁的转发，，将路由过程对节点能量的消耗分散到不同节点上，达到均衡网络中节点能量的目标；（3）将路径耗能和路径上节点的储备能量共同作为评价蚂蚁所构造的路由路径的优劣因素，并将这两个数据最终反馈到路径信息素的计算上，避免某条路径虽有较大能量储备但因耗能过快而过早失效；（4）充分利用构造路径成功的蚂蚁在返回源节点的过程中释放协助信息，引导其他出发蚂蚁寻找汇聚节点。 本文最后使用NS2工具对基于PRACA算法的路由协议进行仿真实现，同时将该协议与基于洪泛算法和Camilo T提出的EEABR（Energy EfficientAnt Based Routing）算法等两种无线传感器网络传统路由算法的路由协议进行比较分析。仿真结果显示，本文设计的基于PRACA算法的路由协议在减少网络耗能，实现网络能量均衡与延长网络有效时间等方面相对于基于其他两种算法的路由协议具有更好的性能。
【关键词】：无线传感器网络 路由协议 蚁群算法 抵抗素 能量均衡
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP212.9;TN915.04
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 课题研究背景及意义11
• 1.2 无线传感器网络研究现状11-13
• 1.3 本文研究内容和创新点13-14
• 1.4 论文的章节安排14-15
• 第二章 无线传感器网络介绍15-29
• 2.1 无线传感器网络体系结构15-16
• 2.2 无线传感器网络节点结构16-17
• 2.3 无线传感器网络特征17-18
• 2.4 无线传感器网络性能评价18-19
• 2.5 无线传感器网络的应用19-20
• 2.6 无线传感器网络路由协议概述20-21
• 2.7 无线传感器网络路由协议分类21-28
• 2.7.1 平面路由协议21-26
• 2.7.2 分层路由协议26-28
• 2.8 本章小结28-29
• 第三章 蚁群算法介绍29-39
• 3.1 蚁群算法概述29-31
• 3.2 蚁群算法的特点31-33
• 3.3 蚁群算法改进33-36
• 3.3.1 精英蚂蚁系统（Elitist Ant System，EAS）33-34
• 3.3.2 排队蚂蚁系统（Rank-Based Ant System，RBAS）34
• 3.3.3 蚁群系统34-35
• 3.3.4 最大最小蚂蚁系统（MAX-MIN Ant System，MMAS）35-36
• 3.3.5 自适应信息素挥发系数的蚁群算法36
• 3.4 蚁群算法在无线传感器网络路由协议中的应用36-38
• 3.5 本章小结38-39
• 第四章 基于 PRACA 改进蚁群算法的无线传感器路由协议的设计39-51
• 4.1 改进思路39-43
• 4.1.1 把路径节点剩余能量作为计算信息素改变量值的影响因素39-40
• 4.1.2 使用位置带观点40-41
• 4.1.3 提出抵抗素概念41
• 4.1.4 利用协助信息寻找路径41
• 4.1.5 PRACA 算法中改进内容的直观展示41-43
• 4.2 相关消息格式及类定义43-46
• 4.3 算法实现思路46-50
• 4.3.1 路径寻找算法46-47
• 4.3.2 节点更新算法47-48
• 4.3.3 节点转发出发蚂蚁规则48-49
• 4.3.4 信息素更新规则49-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 仿真实验51-60
• 5.1 NS2 简介51-52
• 5.2 仿真场景设置及参数设定52-53
• 5.3 无线通信能量模型53-54
• 5.4 评价标准54-55
• 5.4.1 节点平均剩余能量54
• 5.4.2 活动节点失效时间与网络有效时间54-55
• 5.4.3 成功率55
• 5.4.4 传输数据能耗55
• 5.5 实验结果55-59
• 5.6 本章小结59-60
• 第六章 PRACA 算法的进一步改进60-66
• 6.1 改进方案60-62
• 6.1.1 将路径信息存储在节点上60-62
• 6.1.2 增加精英蚂蚁对信息素的更新62
• 6.2 仿真实验分析62-65
• 6.2.1 仿真实验设置62-63
• 6.2.2 仿真实验结果比较分析63-65
• 6.3 本章小结65-66
• 总结与展望66-68
• 参考文献68-72
• 致谢72

【参考文献】

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本文编号：309483