無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以通過大量廉價(jià)的微型傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的信息,并發(fā)送給觀察者,是監(jiān)視遠(yuǎn)程環(huán)境的有力工具之一。同時(shí)隨著信息技術(shù)的發(fā)展,其在醫(yī)療、軍事、環(huán)境檢測(cè)、工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。然而這些傳感器節(jié)點(diǎn)的能量是有限的且難以補(bǔ)充的,這使得能量成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的一大缺陷。網(wǎng)絡(luò)的生存周期對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有著重大的影響。因此,如何根據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)一種高效節(jié)能的路由協(xié)議成為了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)之一。本文主要針對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的分簇和數(shù)據(jù)傳輸路徑來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)對(duì)路由協(xié)議進(jìn)行優(yōu)化,主要工作如下:(1)針對(duì)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(duì)簇首進(jìn)行優(yōu)化的分簇算法。在選取簇首時(shí)考慮節(jié)點(diǎn)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�、簇首�?shù)量等因素。首先通過研究它們的影響程度將其權(quán)重化,建立一個(gè)正確且合理的優(yōu)化目標(biāo)作為遺傳算法中的個(gè)體評(píng)價(jià)函數(shù)。其次,通過遺傳算法來求解個(gè)體評(píng)價(jià)函數(shù)的最優(yōu)值。最后,確定優(yōu)化后的簇首。通過對(duì)簇首的質(zhì)量和數(shù)量上的優(yōu)化來減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)載,延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命。同時(shí)對(duì)遺傳算法進(jìn)行改進(jìn)提高其全局搜索能力和收斂速度。(2)針對(duì)LEACH算法中簇首直接向基站節(jié)點(diǎn)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(duì)路由路徑進(jìn)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(jìn)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(diǎn)間的能量負(fù)載,提高網(wǎng)絡(luò)生存周期。同時(shí)對(duì)蟻群算法進(jìn)行改進(jìn)提高其尋優(yōu)能力。(3)針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中感知節(jié)點(diǎn)無法移動(dòng)的問題,提出了一種通過移動(dòng)基站節(jié)點(diǎn)來進(jìn)一步增加網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和多樣性的方法。通過基站節(jié)點(diǎn)的位置變化影響簇首的選取和路由路徑的選取,進(jìn)一步平衡節(jié)點(diǎn)間的能量負(fù)載,提高網(wǎng)絡(luò)生存周期。(4)使用MATLAB軟件對(duì)所提協(xié)議和已提出的可行性協(xié)議進(jìn)行仿真分析。從網(wǎng)絡(luò)生存周期、節(jié)點(diǎn)能耗均衡等方面對(duì)比協(xié)議性能及效果,從而驗(yàn)證所提協(xié)議在降低能耗和延長(zhǎng)生存周期上的研究方案。
【學(xué)位單位】：重慶三峽學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(diǎn)構(gòu)成的無線自組織網(wǎng)絡(luò)[45-47],如圖2.1所示。這些感知節(jié)點(diǎn)通常是隨機(jī)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(luò)。首先這些節(jié)點(diǎn)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��；驹賹?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(duì)WSN進(jìn)行有效的操作。2.1.2 節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)

（1）單跳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：每個(gè)感知節(jié)點(diǎn)都可以采用單跳的方法,將自身的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)徑直傳輸給基站節(jié)點(diǎn),通過這種方式形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)稱為單跳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),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(luò)結(jié)構(gòu)。由于節(jié)點(diǎn)的通信模塊的能耗遠(yuǎn)大于感知模塊和控制模塊的能耗,并且通信模塊的負(fù)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(guān)系,隨著距離變大,發(fā)射能耗甚至出現(xiàn)指數(shù)型增長(zhǎng)的趨勢(shì)。因此,相隔過遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)在相互傳輸信息時(shí)能量會(huì)急劇損耗。（2）多跳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：為了提高節(jié)點(diǎn)的能量利用率,節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸通常采用多跳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),即節(jié)點(diǎn)先將數(shù)據(jù)傳輸給自身的鄰近節(jié)點(diǎn),鄰近節(jié)點(diǎn)再傳輸給自身的鄰近節(jié)點(diǎn),依次傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點(diǎn),如圖2.4所示。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 栗盼;;混合遺傳算法綜述[J];電子世界;2015年13期

2 丁岳;丁勇;于春娣;李偉;;一種具有提高成簇質(zhì)量的WSN節(jié)能分簇路由算法[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2012年02期

3 李迎春;朱詩兵;陳剛;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究[J];山西電子技術(shù);2009年04期

4 李昊生;王汝傳;沙超;;基于CC2431的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)[J];電子工程師;2008年12期

5 康琦;汪鐳;劉小莉;吳啟迪;;基于群體智能框架理念的遺傳算法總體模式描述[J];智能系統(tǒng)學(xué)報(bào);2007年05期

6 胡鋼;謝冬梅;吳元忠;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議LEACH的研究與改進(jìn)[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2007年06期

7 金仁成;王艷輝;王立鼎;高英明;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)[J];傳感器與微系統(tǒng);2006年12期

8 楊寧;田輝;張平;李立宏;;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究[J];無線電工程;2006年02期

9 李興凱,譚永東;無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧分析[J];傳感器世界;2005年11期

10 劉立平,牛熠;遺傳算法綜述[J];東莞理工學(xué)院學(xué)報(bào);2005年03期

本文編號(hào)：2877499