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基于蚁群算法的无线传感器网络多路径分簇路由协议的研究

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的研究内容和论文组织

1.5 本章小结

第二章 无线传感器网络综述

2.1 引言

2.2 无线传感器网络的概念

2.3 无线传感器网络体系结构概述

2.4 无线传感器网络的特点

2.5 本章小结

第三章 无线传感器网络的路由协议研究

3.1 引言

3.2 无线传感器网络路由协议的特点

3.3 无线传感器网络路由协议的设计要求

3.4 无线传感器网络路由协议的分类及典型协议分析

3.5 本章小结

第四章 基于蚁群算法的能量均衡多路径路由协议

4.1引言

4.2相关工作研究

4.3多路径协议系统模型

4.4基于蚁群算法的能量均衡多路径路由协议

4.5 EAMR报文及功能表项结构设计

4.6 EAMR算法流程

4.7仿真环境及EAMR协议仿真分析

4.8 本章小节

第五章 分簇多路径路由协议的研究

5.1 引言

5.2 相关工作研究

5.3 EAMCR协议

5.4 EAMCR协议仿真分析

5.5 本章小节

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录:

作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目

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摘要

无线传感器网络是当前无线通信领域的一个研究热点,它融合了传感器技术、无线通信技术、分布式信息处理技术和嵌入式系统技术等多个技术领域,可以实时监测和采集监控区域内的信息,并进行分析和处理,具有广泛的应用前景,对人类的生产生活将产生深远的影响。路由协议是无线传感器网络的关键技术之一,其性能对于能量有限的无线传感器网络至关重要。本文围绕能量均衡的的无线传感器网络路由协议进行研究,详细讨论了当前已有的无线路由协议,在总结现有典型无线路由协议优缺点的的基础上,结合蚁群算法,采用创新的多路径机制和基于事件触发的分簇机制等方法,设计和实现了两个路由协议。
  本文首先提出了一种能量均衡多路径路由协议(EAMR),该协议在蚂蚁数据包结构、信息素计算方法、信息素更新方式和多路径建立机制等方面作了改进。在信息素更新公式中综合考虑了路径的能量消耗速度、路径上剩余的最小能量和距离目的节点Sink的跳数。在信息素更新方式上,改变传统的信息素的累加更新方式,采用累加和彻底更新相结合方式,在保证较优路径的使用率的情况下,实现了网络负载均衡,从而达到网络能耗均衡。EAMR的多路径生成机制可以在源节点和目的节点间更加合理的建立起多条路径。数据发送阶段,概率路由选择策略使数据流量均衡地注入无线传感器网络。在 NS2仿真环境下对EAMR协议进行仿真实验,仿真结果表明,和传统的多路径协议 AOMDV以及能量有效的单路径协议IEEABR相比,EAMR协议在网络生存时间、数据分组投递率,路由开销和平均延迟等方面的性能都有一定的改善。
  针对检测突发事件的按需无线传感器网络,本文在EAMR的基础上,又提出了一种能量均衡的多路径分簇路由协议EAMCR。EAMCR算法分为四个阶段:簇的形成,多路径的建立、数据传输和路由维护。在簇的形成阶段,采用基于事件触发的被动分簇机制,在簇首选举中综合考虑节点自身的剩余能量,节点邻居的平均剩余能量以及邻居节点接收到的事件信号强度,使选出的簇首更加合理。EAMCR完全继承了EAMR优异的多路径机制,信息素更新和计算方式,以及路由维护和链路故障修复机制,使得EAMCR在路由发现和数据传输中表现优异。EAMCR通过分簇机制减少了网络中的数据通信量和能量消耗,通过能量均衡的多路径机制,实现网络负载均衡。NS2仿真实验结果表明,EAMCR进一步延长了网络生存时间,提高了分组投递率并且降低了数据发送延迟。

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