基于群体智能的无线传感网分层路由算法设计及优化

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无线传感器网络的路由优化已经成为当前学者关注的热点问题。群体智能是一个较新的领域,在群体智能框架中比较流行的框架包括蚁群优化,粒子群优化,人工蜂群优化等。这些生物系统的工作机制已经被融合到无线传感器网络路由优化设计当中。生物体的行为展示了它们对自然环境的自适应性,将这些宝贵的性质运用到无线传感网路由协议当中,将发挥出群体智能的巨大的作用。  分层结构的路由协议通常也被称为分簇路由协议,为了支持数据融合,提高网络中能量的使用效率,节点被分配到不同的簇区间当中。普通节点将自己收集到的信息聚集到簇头节点,簇头节点采用信息融合,并将接收到的信息直接或者多跳发送到基站。分层路由协议通常能量使用更加高效,所以在路由设计中更具优势。  本文基于群体智能算法,设计了两种无线传感网分层路由协议,分别称作DPA协议与DAA协议:  首先,在确定网络的最优分区数时,结合网络中此刻剩余节点的数量以及网络中剩余节点的能量,产生一个最优分区数。其次,确定完最优分区后,在每个分区内利用粒子群优化算法或人工蜂群优化算法选择最优簇头节点,本文重新定义了粒子群优化算法和人工蜂群优化算法的适应函数,充分考虑了簇头节点在自己的区间内与其他节点之间的距离,考虑了簇头节点剩余的能量在该区间内是否是较多者,还应当考虑簇头节点距离基站是否较近。基于以上讨论,本文设计了基于三参数的适应函数。再次,确定完最优簇头之后,利用基于剩余能量选择路径的蚁群算法确定簇头节点与基站之间的最优路径。最后,当实验进行了若干轮之后,簇头节点的能量下降很快,本文提出了动态阈值控制算法,基于整个网络中簇头节点的剩余能量的权重去产生一个动态阈值,当某个节点达到该动态阈值时,广播一个重新选择簇头的控制包,整个网络进行重选簇头节点。  结果表明,提出的DPA协议与DAA协议对无线传感网的能量使用效率有很大的提高,对于延长网络生命周期、增加网络信息发送量等方面具有重大改进。其中,DPA协议在网络的生命周期运行轮数上分别比APSO,ANT和Ⅰ-LEACH多了83.40%、39.60%、23.80%。DAA协议在网络的生命周期运行轮数上分别比ABC协议、ANT协议、Ⅰ-LEACH协议提升了62.48%、42.20%、24.00%。
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