基于能量均衡的WSN分簇多路径路由算法研究

发布时间：2017-09-09 11:08

  本文关键词：基于能量均衡的WSN分簇多路径路由算法研究

  更多相关文章： WSN LEACH 分簇优化 粒子群优化算法 多路径路由 路由容错

【摘要】：随着传感器技术、电子通讯技术与分布式信息处理技术的发展,低功耗、分布式的无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)在军事应用、农业生产、医疗监测等领域都有着十分广阔的应用前景。WSN的研究越来越受到国内外研究学者的重视。与传统的计算机网络不同,WSN具有网络无中心设备,传输节点能量受限、计算能力弱的特点。由于WSN传感器节点的部署区域环境复杂,节点安装后更换电池困难,实际应用要求WSN的网络节点能够迅速地自组织形成一个传输可靠、吞吐量大、高效节能的数据分组传输网络。目前改变供能方式(如采用太阳能供电)或降低节点功耗的方案由于受到成本、体积的限制而难以实现,因此研究高效节能的网络路由协议具有十分重要的意义。本文主要在WSN节点随机部署的情况下,从网络拓扑和数据传输两方面开展讨论,研究如何均衡网络能量消耗,提出了一种基于能量均衡的WSN分簇多路径路由算法,取得了一定研究成果,具体研究内容如下:(1)提出了一种基于粒子群优化的WSN分簇路由算法,对经典低功耗自适应聚类层次路由(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy,LEACH)进行了改进。根据网络情况确定最佳成簇数目,采用改进的粒子群算法对簇头选举过程进行优化,设计了新的适应度函数,综合考虑了簇头节点的剩余能量、簇头到汇聚节点的距离、簇内节点分布等因素。在簇间数据传输方面,为了避免单跳路由造成部分节点过早死亡,采用基于最小能耗的簇间多跳路由方式进行通信。仿真结果表明,该算法可以有效地均衡网络能量的消耗,延长网络生命周期。(2)考虑实际应用中对网络路由稳定性的要求,本文对单路径路由算法进行拓展,提出了一种基于能量优先的多路径路由选择算法。算法在簇间通信时产生多条可选路由,参照历史数据、路由跳数、能量消耗参数、节点剩余能量对每条路由进行能量优先级评价,使源节点每次从历史路由中选择当前最优路由进行通信。仿真实验表明,该算法既能够保证数据传输的稳定性,同时还能均衡每条路径上的节点能量消耗。(3)将前面两章中的分簇路由和多路径路由的研究成果综合应用到异构WSN中。利用分簇优化算法合理部署超级节点,选择超级节点担任簇头,进行簇间多路径路由通信。同时还针对超级节点失效的情况,提出了相应的容错机制。仿真表明,基于能量均衡的WSN分簇多路径路由算法可以优化异构WSN性能。
【关键词】：WSN LEACH 分簇优化 粒子群优化算法 多路径路由 路由容错
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 研究目的与意义11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 论文的主要研究内容和创新点13-14
• 1.4 论文的章节安排14-16
• 第二章 WSN的路由协议16-25
• 2.1 WSN路由协议概述16-17
• 2.2 WSN路由协议设计的关键问题17-18
• 2.3 WSN路由协议的设计目标18-19
• 2.4 WSN路由协议分类19-20
• 2.5 经典WSN层次路由协议的比较与分析20-22
• 2.6 无线通信能耗模型22-24
• 2.7 问题提出24
• 2.8 本章小结24-25
• 第三章 基于粒子群优化的WSN分簇路由算法25-45
• 3.1 引言25
• 3.2 粒子群算法概述25-28
• 3.3 粒子群算法的改进28-31
• 3.4 基于粒子群优化的WSN分簇路由算法31-37
• 3.5 仿真与分析37-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第四章 基于能量优先的簇间多路径路由选择算法45-55
• 4.1 引言45
• 4.2 WSN的相关多路径路由算法45-46
• 4.3 基于能量优先的多路径路由选择算法46-49
• 4.4 仿真分析49-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 异构WSN的分簇多路径路由算法55-61
• 5.1 引言55
• 5.2 异构无线传感网络的分簇路由算法55-56
• 5.3 超级节点失效时的容错算法56-57
• 5.4 仿真分析57-60
• 5.5 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 总结61-62
• 6.2 展望62-63
• 参考文献63-71
• 致谢71-73
• 附录：攻读硕士期间参加的项目及成果73

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本文编号：820074