论文摘要
自20世纪90年代以来,具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始在世界范围内出现,由这些微型的、低成本的传感器构成的无线传感器网络有着巨大的应用前景,受到各国政府和学者的广泛关注。在无线传感器网络中,广播是一种广泛使用的操作,可用于传递控制信息、重要数据与报警信号、信息共享等,同时也是建立路由的重要手段。通常情况下,无线传感器节点是由电池驱动,能量非常有限且一般不可充电或更换。如何实现能量高效的广播对提高网络性能、延长网络生命周期等具有重要的理论意义和应用价值。现有的广播工作已经取得了不错的成果,但是在能耗方面还需要进一步的研究,此外,大部分工作都是针对可靠通信环境展开的,很少涉及到不可靠通信环境,这与实际应用有很大的差距。针对这些不足,本文分析了无线传感器网络的广播特性,并对现有的广播算法进行总结分类,围绕如何实现能量高效的广播算法,从三个不同的角度分别开展相关研究。（1）在节点发射功率不可调节的无线传感器网络中,构造非叶子节点数目最小的广播树问题等同于求解图论中的最小连通支配集问题,这是一个NP难问题。本文提出了一种有效的构造最小连通支配集的启发式算法,在此基础上提出了-种最小能耗广播算法。实验结果表明该算法能找到较少的转发节点,且均衡了节点的能量分布,有效地延长了网络生命周期。（2）在节点发射功率可以调节的无线传感器网络中,最小能耗广播问题已经被证实为一个NP难问题。实践结果已经证实了粒子群优化算法在解决NP难组合优化问题上取得不错的效果,本文将其应用于解决最小能耗广播问题,并提出了一种局部优化算法对粒子群搜索到的可行解进行优化。实验结果表明该算法能找到最优或近似最优解。（3）在实际的通信环境下,由于噪声干扰、信号衰减等因素的影响,无线通信链路一般是不可靠的。本文首先分析了相邻节点之间最小能耗通信,然后讨论了多跳转发策略与节点位置信息之间的关系。在此基础上,本文提出了一种基于PSO的最小生成树广播算法,通过优化各节点的发送半径,在保证所有节点都能以不低于P*的概率接收到广播数据包的前提下实现能耗最小。