【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSNs)應(yīng)用越來越廣泛,大部分WSNs節(jié)點(diǎn)使用電池供電,能耗是WSNs非常關(guān)心的一個重要指標(biāo)。WSNs中一個或多個傳感器節(jié)點(diǎn)能量耗盡后,不能與其他節(jié)點(diǎn)通信。這會影響到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量,降低整個WSNs的壽命。因此,如何優(yōu)化利用WSNs各節(jié)點(diǎn)有限的能量資源是WSNs的重要研究方向。本文對WSNs的能量優(yōu)化問題進(jìn)行了深入的研究,針對WSNs中存在的能量消耗快、網(wǎng)絡(luò)能量不均衡的問題,提出了基于人工蜂群算法(Artificial Bee Colony,ABC)的層次路由算法,對層次路由算法的分簇方法進(jìn)行了優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了結(jié)合WSNs剩余能量信息和位置信息進(jìn)行分簇的能量優(yōu)化路由算法。本文的主要研究內(nèi)容分為以下三個部分:(1)針對標(biāo)準(zhǔn)ABC算法在WSNs的能量優(yōu)化路由求解過程中存在的收斂速度慢的問題,提出了改進(jìn)人工蜂群算法EOABC(Experience-Oriented Artificial Bee Colony,EOABC),使用蜜源變化信息和全局最優(yōu)蜜源作為蜜蜂搜索蜜源的引導(dǎo),提高單個蜜蜂的局部尋優(yōu)能力,進(jìn)而增強(qiáng)EOABC算法的全局尋優(yōu)能力。實(shí)驗(yàn)證明,EOABC算法能夠在短時間內(nèi)收斂到全局最優(yōu)解,且跳出局部最優(yōu)解能力較強(qiáng),能夠滿足算法在WSNs能量優(yōu)化路由求解中的應(yīng)用。(2)針對現(xiàn)有WSNs層次路由協(xié)議中存在的能量消耗快、能量不均衡等問題,提出了一種基于EOABC的能量優(yōu)化路由算法。該算法在融合剩余能量信息和位置信息構(gòu)建評價模型的基礎(chǔ)上,使用EOABC算法進(jìn)行模擬計算,計算出當(dāng)前WSNs中能量最優(yōu)的簇首節(jié)點(diǎn)組合;隨后,使用簇首節(jié)點(diǎn)輪流選擇的方法選擇簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)建立路由;最后將計算出的路由廣播給各傳感器節(jié)點(diǎn)。該算法可以根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息獲得能耗較小的網(wǎng)絡(luò)路由,具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。(3)使用NS-3網(wǎng)絡(luò)模擬軟件對基于EOABC的層次路由算法進(jìn)行性能評價。使用平均剩余能量、存活節(jié)點(diǎn)個數(shù)和節(jié)點(diǎn)剩余能量標(biāo)準(zhǔn)差三個參數(shù)對路由算法的能量消耗和能量均衡兩方面性能進(jìn)行了評價。實(shí)驗(yàn)表明,EOABC算法能夠有效地計算能量優(yōu)化的路由方案,降低網(wǎng)絡(luò)整體能耗,提高網(wǎng)絡(luò)能量的均衡性,進(jìn)而提高WSNs的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量和壽命。
【學(xué)位授予單位】：海南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.5;TP212.9
【圖文】：

絡(luò)逡逑拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會隨著環(huán)境變化、能量耗盡、節(jié)點(diǎn)的移動、新節(jié)變化。這對ＷＳＮｓ路由算法的適應(yīng)性提出了較高的要求，一能夠隨著周圍環(huán)境因素的改變對網(wǎng)絡(luò)路由進(jìn)行實(shí)時的調(diào)整。逡逑大量存在于ＷＳＮｓ中，它的計算能力和通信能力較弱。傳感換模塊、處理器、通信模塊和能量供應(yīng)模塊所組成（楊傳順器模塊用于監(jiān)測區(qū)域的物理信息，并使用模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器均對傳感器節(jié)點(diǎn)的感對能量消耗的影響并不大；處理器模塊負(fù)責(zé)整個節(jié)點(diǎn)的控采用低功耗的嵌入式處理器，這類處理器主頻較低，且通常因此可以在應(yīng)用中通過改變時鐘頻率控制處理器能量消耗；Ｎｓ的無線通信，通信模塊一般由發(fā)射電路、功率放大電路和部分能耗不同，但無線通信需要有足夠的能量將信號輻射到整個傳感器節(jié)點(diǎn)中能量消耗最大的模塊；能量供應(yīng)模塊包含，該模塊有兩個作用，其一，為傳感器節(jié)點(diǎn)中其他模塊的運(yùn)，向處理器報告當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的剩余能量信息。逡逑

耗盡會嚴(yán)重影響ＷＳＮｓ的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，所以研究ＷＳＮｓ的能耗情況是路由協(xié)議的基礎(chǔ)。逡逑信息和無線通信是傳感器節(jié)點(diǎn)能量消耗的兩個主要部分。節(jié)點(diǎn)感知信息的數(shù)據(jù)采集和節(jié)點(diǎn)控制兩個部分。目前，大部分的無線傳感器節(jié)點(diǎn)使用的是入式處理器，所以這一部分的能量消耗并不是很多。節(jié)點(diǎn)通信能量主要消塊向空間輻射無線信號，通信模塊的能耗與節(jié)點(diǎn)間距離和數(shù)據(jù)分組大小關(guān)ＷＳＮｓ中能量消耗最大的部分。逡逑ｓ節(jié)點(diǎn)有四種工作模式：發(fā)送模式、接收模式、監(jiān)聽模式和睡眠模式。這能量的消耗不同。節(jié)點(diǎn)處于發(fā)送模式時，需要將采集到的數(shù)據(jù)包或者需要包采用無線通信的方式發(fā)送到ＷＳＮｓ中，該模式是ＷＳＮｓ節(jié)點(diǎn)中能耗最點(diǎn)處于接收模式時，節(jié)點(diǎn)接收相鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包。當(dāng)節(jié)點(diǎn)處于監(jiān)聽然沒有數(shù)據(jù)收發(fā)的任務(wù)，節(jié)點(diǎn)仍需要給射頻模塊提供足夠的能源以保持監(jiān)保證數(shù)據(jù)被正常接收，節(jié)點(diǎn)能量消耗與接收模式能量消耗大致相同。節(jié)點(diǎn)態(tài)時，沒有通信任務(wù)，射頻模塊被關(guān)閉，此時節(jié)點(diǎn)的能量消耗是極低的。于不同模式下的節(jié)點(diǎn)能量消耗分布。逡逑２０逡逑

Ｆ丨ｏｏｄｉｎｇ協(xié)議是一種早期的ＷＳＮｓ路由協(xié)議。傳感器節(jié)點(diǎn)將接收到的信息廣播給逡逑所有鄰居節(jié)點(diǎn)，鄰居節(jié)點(diǎn)重復(fù)廣播操作，直到數(shù)據(jù)包到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)或者數(shù)據(jù)包被轉(zhuǎn)發(fā)逡逑的次數(shù)超過最大跳數(shù)為止。Ｆｌｏｏｄｉｎｇ協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制如圖４所示，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)Ａ采逡逑集到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)廣播給鄰居節(jié)點(diǎn)Ｂ、Ｃ、Ｄ節(jié)點(diǎn)，Ｂ、Ｃ、Ｄ節(jié)點(diǎn)分別轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，數(shù)逡逑據(jù)通過Ａ－＞Ｂ－＞Ｅ、Ａ－＞Ｂ－＞Ｃ－＞Ｅ、Ａ－＞Ｃ－＞Ｅ、Ａ－＞Ｄ－＞Ｅ四條路徑發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)Ｅ。逡逑P樺義賢跡村澹疲歟錚錚洌椋�？w楣ぷ骰棋義希疲椋紓村澹裕瑁邋澹鰨錚潁脲澹恚澹悖瑁幔睿椋螅礤澹錚駑澹疲歟錚錚洌椋睿玨澹穡潁錚簦錚悖錚戾義希稿義

本文編號：2753776