無線傳感器網(wǎng)絡能量均衡數(shù)據(jù)匯集算法研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是由大量分布在目標區(qū)域中具有感知、計算和通信能力的節(jié)點組成。由于傳感器節(jié)點受能量和計算能力的限制，如何高效利用有限的能量是無線傳感器網(wǎng)絡研究的關鍵。無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)匯集應用中，具有網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流連續(xù)、流量大、“多對一”的特點。數(shù)據(jù)匯集過程中，部分路徑因數(shù)據(jù)流量過大而導致該路徑節(jié)點能量消耗過快，縮短網(wǎng)絡壽命。能量均衡能有效提高網(wǎng)絡服務質(zhì)量和資源利用率，成為近年來研究的熱點。本文以提高網(wǎng)絡服務質(zhì)量、延長網(wǎng)絡生存周期為目標，針對靜

2、態(tài)和動態(tài)傳感器網(wǎng)絡應用場景，研究能量均衡數(shù)據(jù)匯集算法，形成如下研究成果：
　?、籴槍o線傳感器網(wǎng)絡單個節(jié)點與蟻群算法中的個體的相似性特點，提出一種基于蟻群優(yōu)化的能量均衡數(shù)據(jù)匯集算法。將節(jié)點當前剩余能量和鄰居節(jié)點間距離參與啟發(fā)因子的計算，使前向螞蟻趨于選擇節(jié)點剩余能量高、離轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點近的鄰居節(jié)點作為下一跳節(jié)點；狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率的計算兼顧節(jié)點當前剩余能量、與鄰居節(jié)點間距離和鄰居節(jié)點距基站(Sink)的距離等因素，進行網(wǎng)絡路徑的建立和維護；將

3、信息素正反饋變?yōu)樨摲答仯骨跋蛭浵伆凑招畔⑺厣賰?yōu)先的原則選擇路徑，克服了基本ACO收斂于唯一最優(yōu)解的弊端，體現(xiàn)均衡能耗的思想；優(yōu)先選擇鄰居節(jié)點中距Sink近的節(jié)點作為下一跳節(jié)點，防止數(shù)據(jù)匯集過程中出現(xiàn)回環(huán)現(xiàn)象，達到全局范圍內(nèi)均衡能量的目的。計算和仿真表明，算法EDG-ACO能有效提高網(wǎng)絡的能耗均衡程度，延長網(wǎng)絡生存周期。
　?、诨谝苿覵ink的傳感器網(wǎng)絡在解決“能量洞”問題時具有十分顯著的效果，并可以與手持設備相結合，組成“泛在

4、網(wǎng)”的終端網(wǎng)絡。針對移動Sink場景，本文在第四章提出一種面向動態(tài)傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)匯集算法。算法首先將目標區(qū)域劃分為幾個“單元”，提出網(wǎng)絡“熱度”評價函數(shù)，根據(jù)網(wǎng)絡評價函數(shù)給出Sink的移動策略，避免Sink盲目移動；通過節(jié)點剩余能量和角度的加權選擇下一跳節(jié)點，有效避免選擇能量較低的節(jié)點作為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點和“回環(huán)”現(xiàn)象的出現(xiàn)；采用移動Sink代理機制降低網(wǎng)絡拓撲結構變化產(chǎn)生的能耗。分析和實驗結果顯示，與相關算法相比，能有效均衡網(wǎng)絡能耗，延長網(wǎng)