无线传感器网络智能分簇路由算法研究

论文摘要

无线传感器网络可广泛应用于军事、环境、医疗、工业、家庭等领域,因此具有非常广阔的应用前景,引起了国内外研究学者的高度重视。由于无线传感器网络中节点的能量、处理数据能力和通信能力等都十分有限,因此设计能够减少节点能量消耗,延长网络生命周期的路由协议成为目前无线传感器网络研究的重点。本文对目前已提出的经典无线传感器网络分簇路由协议进行了深入的比较和分析,在借鉴国内外路由协议设计思想的基础上,针对现有算法存在的簇头分布不均匀、簇头能量消耗不均衡等问题,引入蚁群算法和Dijkstra算法,提出了能量更为高效的分簇路由算法。提出了一种基于蚁群算法的无线传感器网络分簇路由算法(ACALEACH)。首先在簇头选择过程中,不仅考虑节点的剩余能量,同时兼顾两簇头节点之间的距离,使得簇头节点分布更加均匀;其次,将蚁群算法应用到簇间路由机制中,寻找簇头到基站的最佳路径,使得离基站较远的簇头节点沿着最佳路径传输信息,从而有效的减少了簇头节点的能量开销。仿真结果表明,该算法和LEACH及DADC算法相比,更能有效地均衡网络能量消耗、延长网络生命周期。提出了一种基于Dijkstra的无线传感器网络分簇路由算法(DEUC)。首先,根据候选簇头到SINK的距离将网络划分成大小不等的簇,在每个簇内以节点的剩余能量作为重要参数最终选择出簇头;其次,在簇间采用多跳路由的方式,利用改进的Dijkstra算法求解每个簇头节点到SINK的最短路径,使得离基站较远的簇头节点沿着最短路径传输信息。仿真结果表明,该算法在网络生存周期方面相比LEACH和EEUC分别延长约35%和25%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文创新点
• 1.4 论文主要研究内容
• 1.5 论文的结构安排
• 第二章 基于簇的无线传感器网络路由协议分析
• 2.1 WSN 路由协议概述
• 2.2 WSN 路由协议的关键技术
• 2.3 WSN 路由协议分类
• 2.4 簇头的产生
• 2.4.1 LEACH
• 2.4.2 TTDD
• 2.4.3 DAEA
• 2.4.4 LACHS
• 2.4.5 EEUC
• 2.4.6 EADEEG
• 2.5 簇的形成
• 2.5.1 EECS
• 2.5.2 ACE
• 2.6 簇的路由
• 2.6.1 IMPROVED LEACH
• 2.6.2 EEHCRP
• 2.7 WSN 路由协议比较与分析
• 2.8 本章小结
• 第三章 基于蚁群算法的无线传感器网络分簇路由算法
• 3.1 引言
• 3.2 蚁群算法（ACA）
• 3.2.1 ACA 的基本思想
• 3.2.2 ACA 的机制原理
• 3.2.3 ACA 的实现步骤及程序流程
• 3.2.4 ACA 在WSN 路由算法中的应用
• 3.3 ACALEACH 算法的基本思想
• 3.4 ACALEACH 算法实现的网络模型
• 3.5 算法的实现过程及部分伪代码
• 3.5.1 算法的消息类型
• 3.5.2 簇形成阶段
• 3.5.3 簇间路由阶段
• 3.6 仿真实验与结果分析
• 3.6.1 能量消耗模型与性能参数
• 3.6.2 仿真结果分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于Dijkstra 的无线传感器网络分簇路由算法
• 4.1 引言
• 4.2 DEUC 算法的基本思想
• 4.3 算法的执行步骤
• 4.3.1 簇的形成阶段
• 4.3.2 簇间路由建立阶段
• 4.3.3 数据传输阶段
• 4.4 算法具体实现及部分伪代码
• 4.4.1 成簇算法
• 4.4.2 路由建立算法
• 4.5 DEUC 算法分析
• 4.5.1 DEUC 算法的特点
• 4.5.2 DEUC 算法的消息复杂度分析
• 4.6 仿真实验与结果分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士期间主要研究成果