無線傳感器網(wǎng)絡技術是21世紀最重要的技術之一。無線傳感器網(wǎng)絡可以通過大量廉價的微型傳感器節(jié)點進行協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域中被感知對象的信息,并發(fā)送給觀察者,是監(jiān)視遠程環(huán)境的有力工具之一。同時隨著信息技術的發(fā)展,其在醫(yī)療、軍事、環(huán)境檢測、工業(yè)等領域有著廣泛的應用前景。然而這些傳感器節(jié)點的能量是有限的且難以補充的,這使得能量成為整個網(wǎng)絡的一大缺陷。網(wǎng)絡的生存周期對網(wǎng)絡性能有著重大的影響。因此,如何根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡的特點設計一種高效節(jié)能的路由協(xié)議成為了無線傳感器網(wǎng)絡的研究熱點之一。本文主要針對無線傳感網(wǎng)絡的分簇和數(shù)據(jù)傳輸路徑來優(yōu)化網(wǎng)絡的拓撲結構,實現(xiàn)對路由協(xié)議進行優(yōu)化,主要工作如下:(1)針對LEACH算法中簇首能量消耗過快和簇首分布的低效性,提出了一種基于遺傳算法對簇首進行優(yōu)化的分簇算法。在選取簇首時考慮節(jié)點剩余能量、簇首接收數(shù)據(jù)的能耗、簇首間數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芎摹⒋厥讛?shù)量等因素。首先通過研究它們的影響程度將其權重化,建立一個正確且合理的優(yōu)化目標作為遺傳算法中的個體評價函數(shù)。其次,通過遺傳算法來求解個體評價函數(shù)的最優(yōu)值。最后,確定優(yōu)化后的簇首。通過對簇首的質(zhì)量和數(shù)量上的優(yōu)化來減少網(wǎng)絡負載,延長網(wǎng)絡壽命。同時對遺傳算法進行改進提高其全局搜索能力和收斂速度。(2)針對LEACH算法中簇首直接向基站節(jié)點通信造成的能耗不均衡性和能耗利用率低的問題,提出了一種基于蟻群算法對路由路徑進行優(yōu)化的路由算法。根據(jù)數(shù)據(jù)的傳輸能耗,通過蟻群算法的路徑尋優(yōu)能力,改進簇首的數(shù)據(jù)傳輸路徑。通過確立最優(yōu)路徑來提高能量利用率,平衡節(jié)點間的能量負載,提高網(wǎng)絡生存周期。同時對蟻群算法進行改進提高其尋優(yōu)能力。(3)針對無線傳感器網(wǎng)絡中感知節(jié)點無法移動的問題,提出了一種通過移動基站節(jié)點來進一步增加網(wǎng)絡拓撲結構的復雜性和多樣性的方法。通過基站節(jié)點的位置變化影響簇首的選取和路由路徑的選取,進一步平衡節(jié)點間的能量負載,提高網(wǎng)絡生存周期。(4)使用MATLAB軟件對所提協(xié)議和已提出的可行性協(xié)議進行仿真分析。從網(wǎng)絡生存周期、節(jié)點能耗均衡等方面對比協(xié)議性能及效果,從而驗證所提協(xié)議在降低能耗和延長生存周期上的研究方案。
【學位單位】：重慶三峽學院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：TN929.5;TP212.9
【部分圖文】：

WSN是一種由大量低成本、低功耗、多功能的微型傳感器節(jié)點構成的無線自組織網(wǎng)絡[45-47],如圖2.1所示。這些感知節(jié)點通常是隨機的分布在監(jiān)控地域,通過無線通信和自組織方式形成無線網(wǎng)絡。首先這些節(jié)點收集監(jiān)控區(qū)的數(shù)據(jù),如溫濕度、光感、聲音等。然后按路由協(xié)議的規(guī)則將信息傳輸?shù)交�。基站再將�?shù)據(jù)經(jīng)管理端口傳輸給管理員或用戶,管理員分析這些采集到的數(shù)據(jù),并通過管理端口對WSN進行有效的操作。2.1.2 節(jié)點結構

傳感器節(jié)點結構

（1）單跳網(wǎng)絡結構：每個感知節(jié)點都可以采用單跳的方法,將自身的監(jiān)控數(shù)據(jù)徑直傳輸給基站節(jié)點,通過這種方式形成的網(wǎng)絡結構稱為單跳網(wǎng)絡結構,如圖２.3所示。LEACH中簇首與基站的通信方式就是單跳網(wǎng)絡結構。由于節(jié)點的通信模塊的能耗遠大于感知模塊和控制模塊的能耗,并且通信模塊的負載基本上被無線發(fā)射部分所占用。又由于發(fā)射能耗與發(fā)射距離呈正比關系,隨著距離變大,發(fā)射能耗甚至出現(xiàn)指數(shù)型增長的趨勢。因此,相隔過遠的節(jié)點在相互傳輸信息時能量會急劇損耗。（2）多跳網(wǎng)絡結構：為了提高節(jié)點的能量利用率,節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸通常采用多跳網(wǎng)絡結構,即節(jié)點先將數(shù)據(jù)傳輸給自身的鄰近節(jié)點,鄰近節(jié)點再傳輸給自身的鄰近節(jié)點,依次傳輸?shù)侥繕斯?jié)點,如圖2.4所示。
【參考文獻】

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本文編號：2877499