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基于空间划分与协同进化策略的无线传感网路由协议研究

王冲  
【摘要】:随着无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)技术的不断成熟,它被应用到了许多方面,如军事侦查、环境状态观测、卫生医疗、智能家居等。网络中的节点通常采用电池供电而且存储和计算能力有限,节点之间通过相互协作将感知到的数据传送到汇聚节点。感知节点的部署环境通常比较复杂,一旦节点的能量消耗殆尽,难以及时补充。因此如何设置有效的能量策略成为其研究的重点。能量控制策略和负载均衡性是WSN路由协议研究中非常重要的两个方面。针对这两个问题,本文提出了二维空间下的负载均衡路由协议。利用路由建立策略以及负载均衡策略构建合理高效的路由路径,并在此基础上提出了基于三维空间的多路径路由。通过仿真实验,验证了这两种协议的性能。本文的主要工作和成果如下:(1)提出了二维空间下的负载均衡路由协议。首先,提出了一个新的多种群协同进化算法。将当前节点的一跳邻域空间划分为若干个子空间。其次,提出了一种新的适应度函数,以选择每个子空间的局部最优个体。在子空间协同进化过程中,对前向区域的局部最优个体进行了加权处理,从而加速了节点向Sink节点的收敛速度。(2)提出了多路径数据分流策略。通常情况下,在最优路径上的节点很容易由于能量消耗速率较快而过早的死亡,尤其是Sink节点的一跳邻域节点。因此在该策略中,节点在转发数据时将最优路径上的通信负载转移到次优路径上,以降低最优路径上节点的能量消耗速率,从而促进整个网络的负载均衡性。(3)为了解决在三维环境下的路由问题,提出了一种基于三维空间与区域协同进化的无线传感器网络多路径路由协议,采用区域划分模型将节点的三维邻域空间划分为三个子空间;每个子空间根据区域协同进化算法选出其的局部最优节点;通过相互协作确定最优下一跳节点,从而在三维空间中建立节点间的路由路径。


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