基于粒子群優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡分簇路由協(xié)議的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡涉及眾多學科，是目前IT領域中的研究熱點，并具有廣泛的應用前景。由于無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的能量、處理能力、存儲能力、通信能力等都十分有限，能源的高效使用就成為無線傳感器網(wǎng)絡路由設計的首要目標。大規(guī)模的無線傳感器網(wǎng)絡一般都采用層次型路由協(xié)議來減少能量消耗。本文主要針對無線傳感器網(wǎng)絡的基于分簇的層次型路由協(xié)議進行探討。相比與降低單個節(jié)點的能量消耗，能量高效的無線傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議也必須重視能量在網(wǎng)絡范圍內(nèi)的均衡消耗。采用粒子群優(yōu)

2、化算法優(yōu)化分簇路由協(xié)議中的簇頭選擇和路徑選擇，既可以減少能量消耗，也能是能耗更加均衡。
　　 本文是在對無線傳感器網(wǎng)絡的分簇路由協(xié)議分析研究的基礎上，對已有的協(xié)議進行改進，提出一種新的能量均衡高效的分簇路由協(xié)議。
　　 首先提出了基于粒子群優(yōu)化的雙簇頭分簇算法(PSO-based Double Cluster-Heads Clustering algorithm，PSO-DH)。粒子群優(yōu)化算法具有簡單、有效、收斂快的特性

3、，可以為能量、處理能力、存儲能力都有限的無線傳感器網(wǎng)絡所用?；诹Ｗ尤簝?yōu)化的雙簇頭分簇算法首先利用粒子群優(yōu)化算法來優(yōu)化簇頭的選擇，使所選擇的簇頭節(jié)點具有較高的能量而且與其他簇內(nèi)節(jié)點之間的距離盡量小，以此來達到減少能量消耗的效果；并通過采用雙簇頭策略，利用副簇頭負責與匯聚節(jié)點的通信，使簇頭能耗在主副簇頭間分散開，進一步做到能耗均衡，達到延長網(wǎng)絡生命周期的效果。仿真實驗結(jié)果表明這個算法與LEACH算法相比可明顯延長網(wǎng)絡生命周期，具有較高的優(yōu)

4、越性。
　　 其次對能量高效路由算法進行了探討。無線傳感器能量高效的路由協(xié)議不僅僅單個節(jié)點的能量消耗要小，更重要的是整個網(wǎng)絡能量的均衡消耗。針對這一要求提出能耗均衡的最小能耗路由算法(Balanced Minimum Energy Consumptionalgorithm，BMEC)，通過節(jié)點的位置和剩余能量兩方面的信息來確定多跳路徑中實際中繼節(jié)點的選擇，得到總能量消耗小且能耗均衡的路徑。仿真結(jié)果表明這個算法所得到的路徑，雖然網(wǎng)

5、絡的總體能量消耗比最小能耗路由算法要稍多一些，但是因為它的能耗分布比較均衡，整體網(wǎng)絡的生命周期要比最小能耗路由算法延長接近30％，具有較高的能量效率。
　　 最后，針對大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡，提出了基于粒子群優(yōu)化的無線傳感器網(wǎng)絡分簇路由協(xié)議(PSO-based clustering Routing Protocol for WSN，PSO-CR)。該協(xié)議綜合前面的兩個算法采用了分簇算法和多跳路由，分為兩個階段：簇的建立階段和數(shù)據(jù)通