能量有效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法研究

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1、分類號密級碩士學(xué)位論文題目：能量有效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法研究英文并列題目：StudyonEnergyEfficientRoutingAlgorithmforWirelessSensorNetworks研究生：楊曉峰專業(yè)：控制科學(xué)與工程研究方向：控制理論與控制工程導(dǎo)師：彭力教授指導(dǎo)小組成員：學(xué)位授予日期：2016年6月答辯委員會主席：楊慧中江南大學(xué)地址：無錫市蠡湖大道1800號二○一六年六月獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)巧的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加Ｗ標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不

2、包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含本人為獲得江南大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明并表示謝意。簽名：％容成＿曰期：＞４年月曰＾氣關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本學(xué)位論文作者完全了解江南大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定：江南大學(xué)有權(quán)保留并向國家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被査閱和借閱，可將學(xué)位論文的全部或部分巧容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)巧檢索，可采用影印、縮印或若描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文一，并且本人電子

3、文培的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相致。髓的學(xué)位論文在解密后也遵守此規(guī)定。簽名：橋為導(dǎo)師簽名：■曰觀文９／＜＾年Ｔ月＞曰？摘要摘要無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由許多可以感知和收集環(huán)境信息的微型傳感器節(jié)點組成。隨著低功耗數(shù)字電路和無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛用于軍事設(shè)施及生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測和對運動目標(biāo)的跟蹤等。傳感器節(jié)點體積微小，一般采用有限能量電池為其供電，而節(jié)點通常被大量部署在復(fù)雜的環(huán)境下，更換節(jié)點的電池幾乎沒有可能。因此設(shè)計高效、節(jié)能的路由協(xié)議是目前無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究熱點之一。本文從能量有效的層次分簇路由算法角度出發(fā)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的

4、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，均衡節(jié)點的能量消耗，減少通信負(fù)載，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能量，緩解“熱區(qū)”問題的產(chǎn)生，延長網(wǎng)絡(luò)的生存周期。本文將從以下三個方面對能量有效的非均勻分簇路由算法進(jìn)行研究討論并提出相應(yīng)的改進(jìn)型算法，與已有的算法作比較分析以驗證本文算法的優(yōu)越性。(1)針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)冗余的問題，提出一種能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分簇數(shù)據(jù)融合算法。該算法選擇簇首時綜合考慮節(jié)點的剩余能量、到基站的距離和鄰居節(jié)點的數(shù)目以劃分不同規(guī)模的簇；然后利用已接收數(shù)據(jù)，采用辛普森積分法則計算預(yù)測收集數(shù)據(jù)，在保證采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的前提下降低數(shù)據(jù)的冗余性，減少通信負(fù)載，降低網(wǎng)絡(luò)能耗。仿

5、真結(jié)果表明，該算法能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行高效預(yù)測以減少網(wǎng)絡(luò)通信量，網(wǎng)絡(luò)的生存周期得以延長。(2)為了降低無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量消耗，延長網(wǎng)絡(luò)生存周期，提出一種基于剩余能量預(yù)測的模糊分簇算法。新算法根據(jù)節(jié)點與基站間的距離及周圍鄰居節(jié)點的數(shù)目，預(yù)估候選節(jié)點中繼傳輸數(shù)據(jù)的能耗，得到相應(yīng)的預(yù)測剩余能量。然后采用模糊算法在綜合考慮候選節(jié)點的原始能量和預(yù)測剩余能量的基礎(chǔ)上計算競爭半徑，選出多個簇首，構(gòu)建大小不均的簇。仿真實驗表明，與其他路由算法相比，該算法可以更好地優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)中簇的結(jié)構(gòu)，均衡網(wǎng)絡(luò)能耗，延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期。(3)針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的“熱區(qū)”問題，在

6、研究分析平面和層次路由協(xié)議的基礎(chǔ)上，提出了一種基于粒子群優(yōu)化的混合多跳路由算法。該算法在分簇階段，對熱點區(qū)域外的節(jié)點采用非均勻分簇結(jié)構(gòu)，融合簇內(nèi)數(shù)據(jù)以減少流入熱點區(qū)域的數(shù)據(jù)量；其次對熱點區(qū)域內(nèi)的節(jié)點不采取分簇以降低區(qū)域內(nèi)節(jié)點的分簇能耗；最后在簇間通信階段，通過粒子群優(yōu)化算法尋找同時滿足相鄰兩跳間最大通信距離的最小化和最大通信跳數(shù)的最小化的最優(yōu)傳輸路徑，實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的能量消耗最低。理論分析和實驗結(jié)果均表明，提出算法在能量有效性和能耗均衡分配方面都有出色表現(xiàn)，可以有效避免“熱區(qū)”問題的產(chǎn)生。關(guān)鍵詞：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；路由協(xié)議；能量有效；非均勻分簇

7、；“熱區(qū)”問題IAbstractAbstractWirelesssensornetworkiscomposedofalargenumberoftinysensornodeswhichcansenseandcollectenvironmentalinformation.Withthedevelopmentofdigitalcircuitandradiocommunicationtechnology,wirelesssensornetworkshavemoreandmorewidelyapplicationinindustry,military

8、,ecologicalenvironmentmonitoringfields.Thesizeofasensornodeissmallandusuallycarriesveryli