本文關(guān)鍵詞：基于能量均衡的WSN分簇多路徑路由算法研究

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【摘要】：隨著傳感器技術(shù)、電子通訊技術(shù)與分布式信息處理技術(shù)的發(fā)展,低功耗、分布式的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network,WSN)在軍事應(yīng)用、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。WSN的研究越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者的重視。與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不同,WSN具有網(wǎng)絡(luò)無(wú)中心設(shè)備,傳輸節(jié)點(diǎn)能量受限、計(jì)算能力弱的特點(diǎn)。由于WSN傳感器節(jié)點(diǎn)的部署區(qū)域環(huán)境復(fù)雜,節(jié)點(diǎn)安裝后更換電池困難,實(shí)際應(yīng)用要求WSN的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠迅速地自組織形成一個(gè)傳輸可靠、吞吐量大、高效節(jié)能的數(shù)據(jù)分組傳輸網(wǎng)絡(luò)。目前改變供能方式(如采用太陽(yáng)能供電)或降低節(jié)點(diǎn)功耗的方案由于受到成本、體積的限制而難以實(shí)現(xiàn),因此研究高效節(jié)能的網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議具有十分重要的意義。本文主要在WSN節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署的情況下,從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蛿?shù)據(jù)傳輸兩方面開(kāi)展討論,研究如何均衡網(wǎng)絡(luò)能量消耗,提出了一種基于能量均衡的WSN分簇多路徑路由算法,取得了一定研究成果,具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)提出了一種基于粒子群優(yōu)化的WSN分簇路由算法,對(duì)經(jīng)典低功耗自適應(yīng)聚類層次路由(Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy,LEACH)進(jìn)行了改進(jìn)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況確定最佳成簇?cái)?shù)目,采用改進(jìn)的粒子群算法對(duì)簇頭選舉過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化,設(shè)計(jì)了新的適應(yīng)度函數(shù),綜合考慮了簇頭節(jié)點(diǎn)的剩余能量、簇頭到匯聚節(jié)點(diǎn)的距離、簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)分布等因素。在簇間數(shù)據(jù)傳輸方面,為了避免單跳路由造成部分節(jié)點(diǎn)過(guò)早死亡,采用基于最小能耗的簇間多跳路由方式進(jìn)行通信。仿真結(jié)果表明,該算法可以有效地均衡網(wǎng)絡(luò)能量的消耗,延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期。(2)考慮實(shí)際應(yīng)用中對(duì)網(wǎng)絡(luò)路由穩(wěn)定性的要求,本文對(duì)單路徑路由算法進(jìn)行拓展,提出了一種基于能量?jī)?yōu)先的多路徑路由選擇算法。算法在簇間通信時(shí)產(chǎn)生多條可選路由,參照歷史數(shù)據(jù)、路由跳數(shù)、能量消耗參數(shù)、節(jié)點(diǎn)剩余能量對(duì)每條路由進(jìn)行能量?jī)?yōu)先級(jí)評(píng)價(jià),使源節(jié)點(diǎn)每次從歷史路由中選擇當(dāng)前最優(yōu)路由進(jìn)行通信。仿真實(shí)驗(yàn)表明,該算法既能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆�(wěn)定性,同時(shí)還能均衡每條路徑上的節(jié)點(diǎn)能量消耗。(3)將前面兩章中的分簇路由和多路徑路由的研究成果綜合應(yīng)用到異構(gòu)WSN中。利用分簇優(yōu)化算法合理部署超級(jí)節(jié)點(diǎn),選擇超級(jí)節(jié)點(diǎn)擔(dān)任簇頭,進(jìn)行簇間多路徑路由通信。同時(shí)還針對(duì)超級(jí)節(jié)點(diǎn)失效的情況,提出了相應(yīng)的容錯(cuò)機(jī)制。仿真表明,基于能量均衡的WSN分簇多路徑路由算法可以優(yōu)化異構(gòu)WSN性能。
【關(guān)鍵詞】：WSN LEACH 分簇優(yōu)化 粒子群優(yōu)化算法 多路徑路由 路由容錯(cuò)
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 研究目的與意義11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 論文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)13-14
• 1.4 論文的章節(jié)安排14-16
• 第二章 WSN的路由協(xié)議16-25
• 2.1 WSN路由協(xié)議概述16-17
• 2.2 WSN路由協(xié)議設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題17-18
• 2.3 WSN路由協(xié)議的設(shè)計(jì)目標(biāo)18-19
• 2.4 WSN路由協(xié)議分類19-20
• 2.5 經(jīng)典WSN層次路由協(xié)議的比較與分析20-22
• 2.6 無(wú)線通信能耗模型22-24
• 2.7 問(wèn)題提出24
• 2.8 本章小結(jié)24-25
• 第三章 基于粒子群優(yōu)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 粒子群算法的改進(jìn)28-31
• 3.4 基于粒子群優(yōu)化的WSN分簇路由算法31-37
• 3.5 仿真與分析37-44
• 3.6 本章小結(jié)44-45
• 第四章 基于能量?jī)?yōu)先的簇間多路徑路由選擇算法45-55
• 4.1 引言45
• 4.2 WSN的相關(guān)多路徑路由算法45-46
• 4.3 基于能量?jī)?yōu)先的多路徑路由選擇算法46-49
• 4.4 仿真分析49-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第五章 異構(gòu)WSN的分簇多路徑路由算法55-61
• 5.1 引言55
• 5.2 異構(gòu)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的分簇路由算法55-56
• 5.3 超級(jí)節(jié)點(diǎn)失效時(shí)的容錯(cuò)算法56-57
• 5.4 仿真分析57-60
• 5.5 本章小結(jié)60-61
• 第六章 總結(jié)與展望61-63
• 6.1 總結(jié)61-62
• 6.2 展望62-63
• 參考文獻(xiàn)63-71
• 致謝71-73
• 附錄：攻讀碩士期間參加的項(xiàng)目及成果73

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本文編號(hào)：820074