無線傳感器網絡均衡層次路由協(xié)議的研究.pdf

1、無線傳感器網絡涉及許多個學科，知識相互交疊，隨著傳感器技術、微電子技術、嵌入式計算、分布式處理和無線通信等技術的極大進步成為當今世界IT領域備受關注的研究熱點之一。無線傳感器網絡由大量微型廉價的節(jié)點通過無線通信自組織成網絡，相互合作感知和采集監(jiān)測對象的信息，計算、融合處理并發(fā)送給用戶，將客觀物理世界與邏輯信息世界聯(lián)系在一起，具有十分廣闊的應用前景，可應用于軍事、醫(yī)療、環(huán)保、工農業(yè)控制等眾多領域。由于無線傳感器網絡自身特點--有限的能量、

2、計算能力和通信能力，使其與傳統(tǒng)網絡有很大差別，能量高效均衡成為無線傳感器網絡的首要設計目標。
　　 路由協(xié)議是無線傳感器網絡的核心，而經過驗證層次路由協(xié)議能量均衡性較高，它將網絡劃分為多個相互連接的簇，簇頭節(jié)點負責收集成員信息并與匯聚節(jié)點進行通信。層次路由協(xié)議可有效減少數(shù)據通信量，提高網絡的可擴展性，適合大規(guī)模部署網絡并顯著延長網絡生命周期。本文以能量高效均衡為重點，研究無線傳感器網絡層次路由協(xié)議。
　　 1.針對經典分

3、簇路由協(xié)議LEACH(Low Energy Adaptive ClusteringHierarchy)中隨機產生簇頭節(jié)點，簇頭節(jié)點數(shù)目不確定，并且未考慮節(jié)點地理位置和剩余能量，提出基于AC0(Ant Colony Optimization)的分簇路由協(xié)議ACO-CH(Ant Colony-based Cluster-Head Algorithm)。首先通過對整個網絡系統(tǒng)能耗進行分析確定最佳簇頭數(shù)目；在網絡初始化階段由匯聚節(jié)點來指定初始簇

4、頭節(jié)點，簇頭節(jié)點均勻分布于監(jiān)測區(qū)域：采用基于蟻群優(yōu)化的自適應分簇策略，利用信息素濃度概念，綜合考慮節(jié)點能量及位置信息進行簇頭選擇和簇的形成，使網絡不斷進化為最優(yōu)的拓撲結構，合理分配簇頭負載從而延長網絡壽命。
　　 2.針對大規(guī)模無線傳感器網絡的特點，簇內采用單跳通信方式，簇間采用多跳通信模型，提出ACO-UDC(Ant Colony-based uneven Double Cluster-headsAlgorithm)路由協(xié)議。

5、靠近匯聚節(jié)點的簇頭由于轉發(fā)大量數(shù)據，能耗大過早死亡，從而導致網絡壽命過短。因此將網絡劃分為非均勻的簇，采用非均勻半徑來構造大小不等的分簇，靠近匯聚節(jié)點的分簇半徑小于遠離匯聚節(jié)點的分簇半徑；采用雙簇頭策略，主簇頭與簇成員通信，采集信息并進行數(shù)據融合，副簇頭負責轉發(fā)信息；簇間多跳路由引入了蟻群優(yōu)化算法，根據能量和位置信息，在迭代過程中不斷優(yōu)化路徑。最后通過仿真證明，ACO-UDC路由協(xié)議可有效地降低通信能耗，均衡節(jié)點的能量，從而延長了整個網