基于群智能算法的WSN动态拓扑路由协议研究

发布时间：2020-11-10 04:53

　　 无线传感器网络技术是21世纪最重要的技术之一。无线传感器网络可以通过大量廉价的微型传感器节点进行协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息,并发送给观察者,是监视远程环境的有力工具之一。同时随着信息技术的发展,其在医疗、军事、环境检测、工业等领域有着广泛的应用前景。然而这些传感器节点的能量是有限的且难以补充的,这使得能量成为整个网络的一大缺陷。网络的生存周期对网络性能有着重大的影响。因此,如何根据无线传感器网络的特点设计一种高效节能的路由协议成为了无线传感器网络的研究热点之一。本文主要针对无线传感网络的分簇和数据传输路径来优化网络的拓扑结构,实现对路由协议进行优化,主要工作如下:(1)针对LEACH算法中簇首能量消耗过快和簇首分布的低效性,提出了一种基于遗传算法对簇首进行优化的分簇算法。在选取簇首时考虑节点剩余能量、簇首接收数据的能耗、簇首间数据传输的能耗、簇首数量等因素。首先通过研究它们的影响程度将其权重化,建立一个正确且合理的优化目标作为遗传算法中的个体评价函数。其次,通过遗传算法来求解个体评价函数的最优值。最后,确定优化后的簇首。通过对簇首的质量和数量上的优化来减少网络负载,延长网络寿命。同时对遗传算法进行改进提高其全局搜索能力和收敛速度。(2)针对LEACH算法中簇首直接向基站节点通信造成的能耗不均衡性和能耗利用率低的问题,提出了一种基于蚁群算法对路由路径进行优化的路由算法。根据数据的传输能耗,通过蚁群算法的路径寻优能力,改进簇首的数据传输路径。通过确立最优路径来提高能量利用率,平衡节点间的能量负载,提高网络生存周期。同时对蚁群算法进行改进提高其寻优能力。(3)针对无线传感器网络中感知节点无法移动的问题,提出了一种通过移动基站节点来进一步增加网络拓扑结构的复杂性和多样性的方法。通过基站节点的位置变化影响簇首的选取和路由路径的选取,进一步平衡节点间的能量负载,提高网络生存周期。(4)使用MATLAB软件对所提协议和已提出的可行性协议进行仿真分析。从网络生存周期、节点能耗均衡等方面对比协议性能及效果,从而验证所提协议在降低能耗和延长生存周期上的研究方案。
【学位单位】：重庆三峡学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TN929.5;TP212.9
【部分图文】：

WSN是一种由大量低成本、低功耗、多功能的微型传感器节点构成的无线自组织网络[45-47],如图2.1所示。这些感知节点通常是随机的分布在监控地域,通过无线通信和自组织方式形成无线网络。首先这些节点收集监控区的数据,如温湿度、光感、声音等。然后按路由协议的规则将信息传输到基站。基站再将数据经管理端口传输给管理员或用户,管理员分析这些采集到的数据,并通过管理端口对WSN进行有效的操作。2.1.2 节点结构

传感器节点结构

（1）单跳网络结构：每个感知节点都可以采用单跳的方法,将自身的监控数据径直传输给基站节点,通过这种方式形成的网络结构称为单跳网络结构,如图２.3所示。LEACH中簇首与基站的通信方式就是单跳网络结构。由于节点的通信模块的能耗远大于感知模块和控制模块的能耗,并且通信模块的负载基本上被无线发射部分所占用。又由于发射能耗与发射距离呈正比关系,随着距离变大,发射能耗甚至出现指数型增长的趋势。因此,相隔过远的节点在相互传输信息时能量会急剧损耗。（2）多跳网络结构：为了提高节点的能量利用率,节点间的数据传输通常采用多跳网络结构,即节点先将数据传输给自身的邻近节点,邻近节点再传输给自身的邻近节点,依次传输到目标节点,如图2.4所示。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 栗盼;;混合遗传算法综述[J];电子世界;2015年13期

2 丁岳;丁勇;于春娣;李伟;;一种具有提高成簇质量的WSN节能分簇路由算法[J];传感技术学报;2012年02期

3 李迎春;朱诗兵;陈刚;;无线传感器网络体系结构研究[J];山西电子技术;2009年04期

4 李昊生;王汝传;沙超;;基于CC2431的无线传感器网络节点的设计[J];电子工程师;2008年12期

5 康琦;汪镭;刘小莉;吴启迪;;基于群体智能框架理念的遗传算法总体模式描述[J];智能系统学报;2007年05期

6 胡钢;谢冬梅;吴元忠;;无线传感器网络路由协议LEACH的研究与改进[J];传感技术学报;2007年06期

7 金仁成;王艳辉;王立鼎;高英明;;无线传感器网络节点硬件平台设计[J];传感器与微系统;2006年12期

8 杨宁;田辉;张平;李立宏;;无线传感器网络拓扑结构研究[J];无线电工程;2006年02期

9 李兴凯,谭永东;无线传感器网络协议栈分析[J];传感器世界;2005年11期

10 刘立平,牛熠;遗传算法综述[J];东莞理工学院学报;2005年03期

本文编号：2877499