基于蚁群算法的无线传感器网络分簇路由算法研究

论文摘要

无线传感器网络(WSN)具有非常广泛的应用前景,广泛的应用在医疗、环境、工业、军事等领域,一直是国内外学者高度重视的科研问题。由于无线传感器节点作为微小器件,它只能配备极有限的电源,在大多数应用场合,更换电源是不可能的。因此传感器节点的寿命就在很大程度上依靠电池自身的寿命,所以降低节点能量消耗、延长网络的生命周期成为无线传感器网络研究的重点。本文主要对当前经典的各类无线传感器网络分簇算法进行了深入的研究和分析,针对现有算法存在的簇头能量消耗不均衡、能量消耗大等问题,引入了一个能量高效的基于令牌的传感器网络分簇算法(An Clustering Algorithm based on Token,CAT),并在此基础上把蚁群算法引入到传感器网络路由过程中。本文提出了一种基于令牌的无线传感器网络分簇算法(CAT)。传感器节点的重要性主要由其相邻节点(包括自己)决定。传感器节点收集它们邻居的每一个令牌,然后计算收到的总数。传感器节点所积累的令牌越多,则此节点在整个网络中越重要。每个节点分发给邻居节点的令牌取决于此节点和邻居节点的剩余能量。为了均衡节点的能量消耗,使用了两种负载均衡策略。本文对CAT算法的性能进行了理论分析并给出了伪代码。本算法与HEAD算法的对比表明:该算法能减少簇的数量20%到40%,能更有效的延长网络生命周期。设计了一种基于蚁群算法的高效能的分簇路由算法(ACA)。从报文设计、路由发现、路由建立、路由维护等几个方面详细的介绍了算法的具体实现过程。最后,设计实验仿真,与LEACH算法对比,在平均能量消耗、节点存活数、网络延迟三个方面分析了算法的优越性,说明本算法对节约能量消耗、延长网络生命周期具有很好的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 关键技术
• 1.4 论文的研究内容
• 1.5 论文的组织结构
• 第二章 无线传感器网络分簇路由算法分析
• 2.1 WSN 协议体系结构
• 2.2 WSN 路由协议概述
• 2.3 WSN 路由协议的关键技术
• 2.4 WSN 路由协议的分类
• 2.5 WSN 路由协议的性能评价指标
• 2.6 WSN 分簇算法
• 2.6.1 LEACH 算法
• 2.6.2 LEACH-C 算法
• 2.6.3 DAEA 算法
• 2.6.4 HEED 算法
• 2.6.5 UCS 算法
• 2.7 WSN 路由算法
• 2.7.1 EEUC 算法
• 2.7.2 HCRP算法
• 2.8 WSN 分簇路由算法性能比较
• 2.9 本章小结
• 第三章 基于令牌的无线传感器网络分簇算法
• 3.1 基于令牌的分簇算法模型
• 3.2 算法的实现与伪代码
• 3.2.1 算法实现
• 3.2.2 算法的伪代码
• 3.3 仿真实验与结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于蚁群算法的 WSN 分簇路由算法
• 4.1 蚁群算法的概述
• 4.1.1 蚁群算法原理
• 4.1.2 蚁群算法的实现
• 4.1.3 蚁群算法在 WSN 中的优越性
• 4.2 基于蚁群算法的 WSN 分簇路由算法的实现
• 4.2.1 报文的设计
• 4.2.2 路由发现阶段
• 4.2.3 路由建立阶段
• 4.2.4 路由维护阶段
• 4.3 仿真实验和结果分析
• 4.3.1 能量消耗模型及参数设置
• 4.3.2 仿真结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献