無線傳感器網(wǎng)絡(luò)均衡層次路由協(xié)議的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)涉及許多個(gè)學(xué)科，知識相互交疊，隨著傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、嵌入式計(jì)算、分布式處理和無線通信等技術(shù)的極大進(jìn)步成為當(dāng)今世界IT領(lǐng)域備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由大量微型廉價(jià)的節(jié)點(diǎn)通過無線通信自組織成網(wǎng)絡(luò)，相互合作感知和采集監(jiān)測對象的信息，計(jì)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(yīng)用前景，可應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、環(huán)保、工農(nóng)業(yè)控制等眾多領(lǐng)域。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身特點(diǎn)--有限的能量、

2、計(jì)算能力和通信能力，使其與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有很大差別，能量高效均衡成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè)計(jì)目標(biāo)。
　　 路由協(xié)議是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心，而經(jīng)過驗(yàn)證層次路由協(xié)議能量均衡性較高，它將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)相互連接的簇，簇頭節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集成員信息并與匯聚節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。層次路由協(xié)議可有效減少數(shù)據(jù)通信量，提高網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性，適合大規(guī)模部署網(wǎng)絡(luò)并顯著延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。本文以能量高效均衡為重點(diǎn)，研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)層次路由協(xié)議。
　　 1.針對經(jīng)典分

3、簇路由協(xié)議LEACH(Low Energy Adaptive ClusteringHierarchy)中隨機(jī)產(chǎn)生簇頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)數(shù)目不確定，并且未考慮節(jié)點(diǎn)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(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能耗進(jìn)行分析確定最佳簇頭數(shù)目；在網(wǎng)絡(luò)初始化階段由匯聚節(jié)點(diǎn)來指定初始簇

4、頭節(jié)點(diǎn)，簇頭節(jié)點(diǎn)均勻分布于監(jiān)測區(qū)域：采用基于蟻群優(yōu)化的自適應(yīng)分簇策略，利用信息素濃度概念，綜合考慮節(jié)點(diǎn)能量及位置信息進(jìn)行簇頭選擇和簇的形成，使網(wǎng)絡(luò)不斷進(jìn)化為最優(yōu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，合理分配簇頭負(fù)載從而延長網(wǎng)絡(luò)壽命。
　　 2.針對大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，簇內(nèi)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(diǎn)的簇頭由于轉(zhuǎn)發(fā)大量數(shù)據(jù)，能耗大過早死亡，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)壽命過短。因此將網(wǎng)絡(luò)劃分為非均勻的簇，采用非均勻半徑來構(gòu)造大小不等的分簇，靠近匯聚節(jié)點(diǎn)的分簇半徑小于遠(yuǎn)離匯聚節(jié)點(diǎn)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(jìn)行數(shù)據(jù)融合，副簇頭負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)信息；簇間多跳路由引入了蟻群優(yōu)化算法，根據(jù)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(diǎn)的能量，從而延長了整個(gè)網(wǎng)