无线传感器网络路由节能算法的研究

论文摘要

无线传感器网络是伴随着微电子技术、嵌入式技术、无线通信技术和传感器技术的发展而兴起的一种新型的信息获取技术。从其开始发展的20世纪90年代至今,在军事、环境、健康、家庭和其他商业领域得到了广泛应用。但由于无线传感器网络节点采用电池供电,其通信能力,数据处理能力都受到很大的制约,为了使整个网络的生存时间更长,设计一个能量高效的路由协议是目前研究的一个重大课题。本文首先介绍无线传感器网络的研究背景,国内外研究的现状；分析无线传感器网络的结构与特点以及路由协议的分类；分别从平面路由和层次路由介绍具有代表性的路由协议,并比较它们的性能。针对无线传感器网络平面路由中源节点到目的节点的通信路径进行深入的研究,对已有的粒子群优化算法与蚁群优化算法进行分析,利用两种算法各自的优点,提出离散的粒子-蚁群优化算法,并能够更好的应用于无线传感器网络平面路由协议。该算法首先利用粒子群算法搜索速度快的特点,把粒子离散化,求得蚁群算法的初始信息素的分布；然后利用蚁群算法自身求解精度高的特点,寻找路由的最佳路径。该算法由于迭代次数低,求得的通信路径最短,因此节省节点在通信中所消耗的能量,延长网络的生存时间。针对无线传感器网络层次路由中非均匀分簇EEUC （Energy-Efficient Uneven Clustering）协议进行深入的研究,针对能量消耗不均匀的问题进行分析,通过对EEUC算法的改进,提出基于距离优化的能量高效分簇算法（Energy-Efficient Optimal Distance Clustering, EEODC）。新算法引入通信距离阀值与树路由这两个概念,使得簇首的通信距离控制在一定范围内,并且簇首与基站之间形成一棵以基站为根,以簇首为叶节点的树状结构；簇内之间采用单跳通信,簇首间采用多跳通信,簇首按照树状结构把数据发送给基站。新算法通过解决层次路由中簇首能量消耗过快的问题,延长了网络的生存时间。最后对新提出的算法进行仿真分析,并与原算法比较,证明新算法的优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的研究内容与结构
• 第2章 无线传感器网络与路由协议
• 2.1 无线传感器网络概述
• 2.1.1 无线传感器网络的网络结构
• 2.1.2 无线传感器网络的节点结构
• 2.1.3 无线传感器网络的特点
• 2.1.4 无线传感器网络的性能评价
• 2.2 无线传感器网络的路由协议介绍
• 2.3 无线传感器网络路由协议的分类与性能比较
• 2.3.1 无线传感器网络的路由协议分类
• 2.3.2 平面路由协议的分析
• 2.3.3 层次路由协议的分析
• 2.3.4 路由协议的性能比较
• 2.4 本章小结
• 第3章 离散的粒子-蚁群优化路由算法研究
• 3.1 粒子群优化算法
• 3.1.1 粒子群算法简介与基本原理
• 3.1.2 粒子群算法的应用
• 3.2 蚁群优化算法
• 3.2.1 蚁群算法简介与优化原理
• 3.2.2 蚁群算法在无线传感器网络中的应用
• 3.3 离散的粒子-蚁群优化算法研究
• 3.3.1 离散的粒子优化算法基本原理
• 3.3.2 离散的粒子-蚁群优化算法在无线传感器网络平面路由中的应用
• 3.4 实验测试与结果分析
• 3.4.1 仿真参数设置
• 3.4.2 实验结果与性能分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于距离优化的能量高效分簇算法研究
• 4.1 能量消耗不均匀问题的描述
• 4.2 基于距离优化的能量高效分簇算法研究
• 4.2.1 EEUC协议的简介
• 4.2.2 基于均匀分簇的路由算法
• 4.2.3 基于距离优化的能量高效分簇算法研究
• 4.3 基于多跳的簇首树路由算法的研究
• 4.4 实验测试与结果分析
• 4.4.1 仿真参数设置
• 4.4.2 实验结果与性能分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文