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无线传感器网络路由分簇算法的研究

隋春江  
【摘要】:无线传感器网络(WSN)主要应用在数据信息获取和数据信息处理上,它是由无线通信、传感器和嵌入式等技术组合而成。无线传感器网络在很多应用领域中都具有重要的应用价值,但由于无线传感器网络是由许多小型且能量有限的传感器节点构成,因此设计一种有效节约能量消耗、延长网络生存时间的路由算法成为无线传感器网络的重点研究方向。本文分析LEACH算法具体工作流程,发现LEACH算法在簇的建立阶段,簇首的选择是随机的,没有考虑节点剩余能量、节点传输距离和邻居节点密度等影响因素,造成簇首选择不当而致使节点能量消耗过快的问题。为此,本文为减缓网络能量消耗速率和提高无线传感器网络的生存时间,分别设计了GABP优化的路由分簇算法和免疫与BP相融合的路由分簇算法。在簇的建立阶段,首先应用遗传算法具有全局搜索最优解的特点,并引入节点剩余能量、节点传输距离和邻节点密度影响因素来选择簇首节点,同时计算最短数据转发距离合理选择单跳或多跳通信方式。然后在数据传输阶段采用三层BP神经网络数据融合模型来融合簇内成员节点的数据信息,降低簇首节点的能量消耗。最后通过仿真实验,表明GABP优化的路由分簇算法网络生存时间比LEACH算法网络生存时间提高了44.12%,节点能耗更加均衡。在进一步改进的GABP优化路由分簇算法中,引入全局搜索能力更强的免疫算法和考虑节点剩余能量、传输距离与邻节点密度来选举簇首节点,在簇内成员节点数据融合时应用BP神经网络数据融合模型减少簇首节点承担过多的数据信息,同时又利用免疫算法对所有簇首节点数据传输的路径进行了优化。经过仿真实验的验证,免疫与BP相融合的路由分簇算法相比较GABP优化的路由分簇算法在网络生命周期上延长了32.7%,网络的能量消耗降低了67%。


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