基于粒子群優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)涉及眾多學(xué)科，是目前IT領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)，并具有廣泛的應(yīng)用前景。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的能量、處理能力、存儲(chǔ)能力、通信能力等都十分有限，能源的高效使用就成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)。大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一般都采用層次型路由協(xié)議來減少能量消耗。本文主要針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基于分簇的層次型路由協(xié)議進(jìn)行探討。相比與降低單個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量消耗，能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議也必須重視能量在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的均衡消耗。采用粒子群優(yōu)

2、化算法優(yōu)化分簇路由協(xié)議中的簇頭選擇和路徑選擇，既可以減少能量消耗，也能是能耗更加均衡。
　　 本文是在對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分簇路由協(xié)議分析研究的基礎(chǔ)上，對已有的協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)，提出一種新的能量均衡高效的分簇路由協(xié)議。
　　 首先提出了基于粒子群優(yōu)化的雙簇頭分簇算法(PSO-based Double Cluster-Heads Clustering algorithm，PSO-DH)。粒子群優(yōu)化算法具有簡單、有效、收斂快的特性

3、，可以為能量、處理能力、存儲(chǔ)能力都有限的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)所用?；诹Ｗ尤簝?yōu)化的雙簇頭分簇算法首先利用粒子群優(yōu)化算法來優(yōu)化簇頭的選擇，使所選擇的簇頭節(jié)點(diǎn)具有較高的能量而且與其他簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間的距離盡量小，以此來達(dá)到減少能量消耗的效果；并通過采用雙簇頭策略，利用副簇頭負(fù)責(zé)與匯聚節(jié)點(diǎn)的通信，使簇頭能耗在主副簇頭間分散開，進(jìn)一步做到能耗均衡，達(dá)到延長網(wǎng)絡(luò)生命周期的效果。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這個(gè)算法與LEACH算法相比可明顯延長網(wǎng)絡(luò)生命周期，具有較高的優(yōu)

4、越性。
　　 其次對能量高效路由算法進(jìn)行了探討。無線傳感器能量高效的路由協(xié)議不僅僅單個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量消耗要小，更重要的是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能量的均衡消耗。針對這一要求提出能耗均衡的最小能耗路由算法(Balanced Minimum Energy Consumptionalgorithm，BMEC)，通過節(jié)點(diǎn)的位置和剩余能量兩方面的信息來確定多跳路徑中實(shí)際中繼節(jié)點(diǎn)的選擇，得到總能量消耗小且能耗均衡的路徑。仿真結(jié)果表明這個(gè)算法所得到的路徑，雖然網(wǎng)

5、絡(luò)的總體能量消耗比最小能耗路由算法要稍多一些，但是因?yàn)樗哪芎姆植急容^均衡，整體網(wǎng)絡(luò)的生命周期要比最小能耗路由算法延長接近30％，具有較高的能量效率。
　　 最后，針對大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，提出了基于粒子群優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇路由協(xié)議(PSO-based clustering Routing Protocol for WSN，PSO-CR)。該協(xié)議綜合前面的兩個(gè)算法采用了分簇算法和多跳路由，分為兩個(gè)階段：簇的建立階段和數(shù)據(jù)通