基于粒子群优化的无线传感器网络路由算法的研究

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在移动通信网络中,除了较低花销实现数据的高速传输,还要求在各种生存环境中,网络具有适应性和生存能力。无线传感器网络(WSN)能够工作在恶劣的环境下,不受环境的限制,因此无线传感器网络在未来的移动通信网络应用中有着重要的影响和作用。目前无线传感器网络已经应用到我们的现实环境中,在工业、农业、军事、日常家居生活等方面都有无线传感器网络的应用例子。随着电子技术以及通信技术的成熟和发展,无线传感器网络目前已经渐渐走进人们的生活,在学术和工业研究上,也逐渐成为了各界的热点研究问题。无线传感器网络是由许多个无线传感器节点自组织形成的无线通信网络。这些网络节点分布在部署的区域内,能够相互协作实施监测、感知和采集对象的信息数据,将有效的信息数据收集起来传输给监控人员进行分析。无线传感器网络通常部署在人员难以到达或者值守的地方,而传感器的电池能源是有限的,有时候对于传感器是没办法更换电池的,而对于传感器来说最为消耗能量的是其通信模块对数据的传输,因此设计一个好的通信路由协议对无线传感器网络来说十分重要。目前,无线传感器网络提出的路由协议很多,比较常用的是分层分簇传感器网络路由协议。研究表明层次分簇路由的拓扑结构通过簇头节点数据融合和高效传输延长了网络的生命周期,考虑到簇头与基站的通信将消耗大量能量,如何在网络中动态的进行簇头的选择和最优分簇是一个有待解决的问题。粒子群优化算法(PSO)最开始是对鸟群飞行觅食的行为进行研究得到的结果,对鸟群捕食行为进行的研究发现,无论鸟群怎样飞行,总能保持一种方式接近食物,这里面有一个食物位置的信息在鸟群中传递着,鸟群总能以最优的方式接近食物,人们就从中受到启发,得出了群体中通过个体间的相互合作来搜索出最优解的方法,最早由Eberhart和Kennedy在1995年提出了粒子群算法的概念。粒子群算法自提出以来,以操作简单,收敛速度快,解的质量高而普遍应用于电力,机械设计,神经网络优化,通信,图像处理等诸多领域。对组合优化问题的求解一向来是个难题,目前许多研究学者试图通过使用离散的粒子群算法来对组合问题进行优化求解。经过研究发现,根据无线传感器网络的工作状态和拓扑结构的变化的特点,将粒子群算法的思想其引进WSN路由算法中是可行的,对网络中簇头节点动态选择最优节点,这个对于提高网络的生存时间是有十分有意义的研究。本文主要对当前比较热门的无线传感器网络及其路由协议算法进行了研究,再对搜索性能优良的群智能搜索策略粒子群算法进行了深入的研究。参考和研究了国内外最新的发展状况,并通过对WSN网络路由的特点的研究,分析了主要路由协议的不足,结合粒子群算法,对分层分簇路由协议在簇的形成和路由选择上进行了优化。
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