基于矢量場(chǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量效率路由協(xié)議研究.pdf

1、隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)在多領(lǐng)域的深入應(yīng)用，WSN的重要性和前景變得越來越明確。WSN節(jié)點(diǎn)有限的運(yùn)算能力和有限的能量等問題，吸引了來自不同學(xué)科的科研人員的關(guān)注。能量效率路由協(xié)議的研究一直是WSN的研究熱點(diǎn)。論文首先簡(jiǎn)要回顧了現(xiàn)階段能效路由協(xié)議的研究現(xiàn)狀和研究思路，總結(jié)了矢量場(chǎng)論在WSN中的典型應(yīng)用，進(jìn)而引出了論文的研究課題:從矢量場(chǎng)論的角度來研究WSN能量效率路由;建立分層路由，緩和平

2、面路由擴(kuò)展性差的問題;建立多徑路由，盡可能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡。論文首先建立了基于流體力學(xué)的矢量場(chǎng)模型，對(duì)該模型進(jìn)行了分析驗(yàn)證?？紤]到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的沖突問題，提出了基于粘性流體的N-S方程的矢量場(chǎng)模型。在此基礎(chǔ)上建立了基于矢量場(chǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分層多徑路由，并用人工魚算法對(duì)簇內(nèi)路由進(jìn)行優(yōu)化。最后提出了基于矢量場(chǎng)的魚群?jiǎn)l(fā)能效路由算法，通過仿真分析，比較了該路由算法與經(jīng)典路由算法在多種性能指標(biāo)上的差異。
　　論文的主要研究?jī)?nèi)

3、容和創(chuàng)新點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)提出了基于流體力學(xué)的矢量場(chǎng)模型。在現(xiàn)有的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議中，有基于溫度場(chǎng)的路由協(xié)議，也有基于電磁場(chǎng)的路由協(xié)議。通過分析，發(fā)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包的傳輸過程與流體的流動(dòng)具有更多的相似性。因此，本文將流體引入無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，建立了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的源節(jié)點(diǎn)矢量場(chǎng)、匯聚節(jié)點(diǎn)矢量場(chǎng)、從源節(jié)點(diǎn)到匯聚節(jié)點(diǎn)的負(fù)載流動(dòng)線。為了能用數(shù)學(xué)物理方程解出矢量場(chǎng)，建立了基于歐拉方程的負(fù)載矢量場(chǎng)模型，并用最小二乘

4、法建立了密度分布函數(shù)，從而建立了用數(shù)學(xué)物理方程表示的矢量場(chǎng)模型，這樣就將路由問題歸結(jié)為數(shù)學(xué)物理方程的求解問題。經(jīng)過仿真分析，基于流體力學(xué)的矢量場(chǎng)模型可以更方便、高效地實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由。
　　(2)提出了基于N-S方程的矢量場(chǎng)模型。實(shí)際的流體微團(tuán)之間具有作用力，稱之為粘性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包在流動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)生碰撞和沖突，類似于粘性流體中的粘性。歐拉方程是無粘流體的微分方程，沒有考慮流體微團(tuán)之間的作用力，因此無法準(zhǔn)確描述無線傳

5、感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流動(dòng)。為了解決這個(gè)問題，本文建立了基于粘性流體中的N-S方程的矢量場(chǎng)模型。通過仿真分析，該模型可以更好的描述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由，該模型建立的負(fù)載流動(dòng)場(chǎng)流動(dòng)方向比較有條理，負(fù)載流動(dòng)有序，負(fù)載流動(dòng)較為均衡。而且可以通過解N-S方程，方便地得到矢量場(chǎng)模型。
　　(3)提出了基于矢量場(chǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分層多徑路由模型。通過文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，分層路由可以有效提高網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間，多徑路由可以有效提高網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡，因此，分層和多

6、徑是提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能效的有效方法。本文在基于N-S方程建立的矢量場(chǎng)的基礎(chǔ)上，通過矢量尋徑算法建立了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多徑路由，通過建簇與簇內(nèi)控制算法建立了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分層路由，從而得到基于矢量場(chǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分層多徑路由，為建立能效路由模型奠定了基礎(chǔ)。
　　(4)提出了基于矢量場(chǎng)的魚群?jiǎn)l(fā)能效路由模型。為了提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量效率，本文在基于矢量場(chǎng)的分層多徑路由模型的基礎(chǔ)上，采用人工魚群算法對(duì)該路由模型進(jìn)行了優(yōu)化，將無