无线网络的研究 ——无线传感器网络路由协议的研究

论文摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)能够通过各类传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息,这些信息通过无线方式被发送,并以自组多跳的网络方式传送到用户终端,从而实现物理世界、计算世界以及人类社会三元世界的连通。由于无线传感器网络与其它通信网络,有着截然不同的特点,使得关于无线传感器网络的路由研究极具挑战性。因此,近年来提出了许多新的无线传感器网络路由算法。文中对一些路由协议进行了分析、比较,汲取先进的算法思想,提出了基于蚁群算法的无线传感器网络路由的改进算法。蚁群算法具有快速收敛的优点,将其应用到无线传感器网络中具有重大的意义。但由于其快速收敛于最优路径,导致网络拥塞,减少了网络的生命周期。因此,对蚁群无线传感器网络路由算法进行改进。改进算法通过在整个网络中定期广播类似蚂蚁的报文来建立和更新梯度场,形成和更新各条路径上的信息素,并且将节点的剩余能量融入到信息素中。为了实现网络节点能量的更均衡消耗,更大的提高网络的生命周期,又引入了多蚁群竞争的机制,提出了AERA算法。该算法中蚁群间的信息素相互影响,多蚁群挥发的信息素与网络节点能量参数共同构成路由控制因子。此算法中,由于蚁群间信息素的相互影响,避免了算法过度收敛,能有效的控制网络拥塞,并使网络节点能量消耗相对均衡,延长整个网络的生命周期。通过NS仿真环境对蚁群WSN路由改进算法和AERA算法进行仿真测试,证明其可行性。并与蚁群WSN路由算法进行比较,证明改进算法与AERA算法达到了高效路由与能量消耗的较优权衡。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究的目的与意义
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文的组织结构
• 第二章 无线传感器网络
• 2.1 无线传感器网络概述及特点
• 2.2 无线传感器节点特征
• 2.2.1 电池能量有限
• 2.2.2 通信能力有限
• 2.2.3 计算和存储能力有限
• 2.3 无线传感器网络现有路由协议
• 2.3.1 无线传感器网络路由协议概述
• 2.3.2 现有路由协议分析
• 2.4 无线传感器网络的应用领域
• 2.5 无线传感器网络的性能评价
• 2.6 本章小结
• 第三章 蚁群算法及其在WSN 路由算法中的应用
• 3.1 蚁群算法概述
• 3.2 蚁群算法的原理
• 3.3 蚁群算法的实现
• 3.4 蚁群算法应用于无线传感器网络路由算法的优越性
• 3.5 本章小结
• 第四章 基本蚁群WSN 路由算法的改进及其仿真
• 4.1 基于蚁群算法的无线传感器网络路由算法概述
• 4.2 基本蚁群WSN 能量路由改进算法
• 4.3 路由算法的一些假设
• 4.4 算法的仿真
• 4.4.1 仿真环境的搭建
• 4.4.2 报文的设计
• 4.4.3 梯度构造和邻居发现阶段的设计
• 4.4.4 下一跳选择阶段的设计
• 4.4.5 路径维护阶段的设计
• 4.4.6 选路失败处理的设计
• 4.4.7 仿真结果评价参数
• 4.5 仿真实验
• 4.5.1 实验描述
• 4.5.2 实验环境
• 4.5.3 实验一
• 4.5.4 实验二
• 4.5.5 实验三
• 4.6 本章小结
• 第五章 蚁群竞争WSN 能量路由算法（AERA）及其仿真
• 5.1 AERA 算法概述
• 5.2 AERA 算法的实现
• 5.3 算法的仿真
• 5.4 仿真实验
• 5.4.1 实验描述
• 5.4.2 实验环境
• 5.4.3 实验一
• 5.4.4 实验二
• 5.4.5 实验三
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文