發(fā)布時間：2020-04-05 05:26

【摘要】：作為信息技術三大支柱之一,無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks,WSNs)由于在部署成本、網絡功耗、用途多樣性上具有無可比擬的優(yōu)勢,因而在環(huán)境檢測、醫(yī)療保健、軍事監(jiān)控、工業(yè)數據采樣等諸多領域獲得了廣泛應用。5G標準的提出以及工業(yè)4.0時代的到來更是給無線傳感器網絡的發(fā)展帶來了新的機遇。但是由于傳感器節(jié)點本身自帶電源容量有限,而且惡劣的部署環(huán)境會給傳感器節(jié)點的能量補給工作帶來巨大的難度,因此能量受限問題成為制約其進一步發(fā)展的主要因素,如何提高WSNs的能量利用效率成為當前科學界、工業(yè)界亟待解決的問題。在此背景下,本文圍繞WSNs網絡路由算法展開研究,通過對基礎果蠅算法的改進以及對基于果蠅算法的無線傳感器網絡路由優(yōu)化算法的研究,以實現WSNs低能耗、高效率的數據傳輸目標,具體內容如下:(1)基礎果蠅算法改進。首先研究了基礎果蠅算法參數對于最優(yōu)路徑的影響,并針對算法本身存在的易于陷入局部最優(yōu)、后期收斂速度緩慢、固定步長所導致的搜索不準確、搜索穩(wěn)定性弱等問題提出了一種基于Logistic混沌理論的遞減步長的果蠅優(yōu)化算法。仿真結果表明,在求解工程設計優(yōu)化問題上,相比于標準果蠅算法,本文提出的改進型果蠅算法尋優(yōu)精度更高、更穩(wěn)定。(2)基于果蠅算法的無線傳感器路由算法優(yōu)化。首先,針對WSNs傳統(tǒng)路由協(xié)議中數據報文傳輸路徑過長以及節(jié)點負載均衡的問題,提出了一種綜合考慮能量、距離、搜索角度的無線傳感器路由優(yōu)化算法。該算法將上文基于Logistic混沌理論的遞減步長的果蠅優(yōu)化算法與傳統(tǒng)路由協(xié)議相融合,從而在整個搜索過程中綜合考慮節(jié)點位置、剩余能量、傳輸距離以及傳輸角度等因素,同時引入了調控因子,以進一步保證節(jié)點的負載均衡。然后,針對傳統(tǒng)路由協(xié)議容易出現的“熱點問題”,即“路由空洞”和“熱點路徑”問題,提出了規(guī)避路由空洞策略,引入了節(jié)點規(guī)避機制以及向前飛行可行域概念以解決處于“熱點路徑”節(jié)點的能量過早枯竭問題。仿真實驗表明相對于傳統(tǒng)平面路由協(xié)議算法,本文提出的無線傳感器路由協(xié)議優(yōu)化算法延長了無線傳感器網絡的生命周期,實現了網絡節(jié)點間的負載均衡,解決了傳統(tǒng)路由協(xié)議能量空洞問題,可以滿足實際工程應用中對路由協(xié)議的要求并具有良好的通用性。
【圖文】：

[20]。圖1.1 傳感器網絡結構圖作為傳感器節(jié)點最基本的功能單元，普通節(jié)點由五個功能模塊組成，具體如圖 1.2所示。其中處理模塊是核心模塊，負責對信息的路由轉發(fā)和調度，，數據融合和安全傳輸，通常無線路由算法的優(yōu)化在此模塊進行研究[21]。在整個網絡結構中，能量模塊是無線傳感器網絡的基礎模塊。整個無線傳感器的節(jié)點都由自帶的電源提供能量，受節(jié)

[23]。圖1.2 無線傳感器節(jié)點結構圖1.1.2 無線傳感器網絡能耗特點WSNs 通信路由協(xié)議分為四層，依次為物理層、鏈路層、網絡層、傳輸應用層[24]。網絡中能量損耗集中體現在鏈路層、網絡層、傳輸層。鏈路層主要負責將數據包形成幀，對幀進行檢測同時控制網絡差錯。MAC 協(xié)議幀頭不包含有效的數據信息時，數據傳輸過程存在能量消耗。同時通信路徑中存在信道共享、數據包競爭、因路徑沖突需暴露和隱藏等終端問題，此過程中造成網絡中較大一部分能量損耗[25]。網絡層主要負責對數據報文的路由轉發(fā)，基于無線傳感器網絡結構特性，普通節(jié)點無法與網關節(jié)點直接通信，源節(jié)點需要將數據報文通過中間節(jié)點的多跳路由轉發(fā)到匯聚節(jié)點。整個網絡能量的消耗主要集中在節(jié)點轉發(fā)協(xié)調過程中，路由協(xié)議算法的節(jié)能優(yōu)化主要考慮此網絡層的能耗。傳輸層主要控制對數據的傳輸
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP212.9;TN929.5;TP18

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本文編號：2614607