无线传感器网络能量均衡数据汇集算法地研究

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1、Energy-balancedDataGatheringAlgorithmsinWirelessSensorNetworkAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringByWangHaiyuanSupervisedbyProf.ShiWeirenMajor：ControlScienceandEngineeringCollegeofAutomatio

2、nofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2011重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要无线传感器网络是由大量分布在目标区域中具有感知、计算和通信能力的节点组成。由于传感器节点受能量和计算能力的限制，如何高效利用有限的能量是无线传感器网络研究的关键。无线传感器网络数据汇集应用中，具有网络数据流连续、流量大、“多对一”的特点。数据汇集过程中，部分路径因数据流量过大而导致该路径节点能量消耗过快，缩短网络寿命。能量均衡能有效提高网络服务质量和资源利用率，成为近年来研究的热点。本文以提

3、高网络服务质量、延长网络生存周期为目标，针对静态和动态传感器网络应用场景，研究能量均衡数据汇集算法，形成如下研究成果：①针对无线传感器网络单个节点与蚁群算法中的个体的相似性特点，提出一种基于蚁群优化的能量均衡数据汇集算法。将节点当前剩余能量和邻居节点间距离参与启发因子的计算，使前向蚂蚁趋于选择节点剩余能量高、离转发节点近的邻居节点作为下一跳节点；状态转移概率的计算兼顾节点当前剩余能量、与邻居节点间距离和邻居节点距基站(Sink)的距离等因素，进行网络路径的建立和维护；将信息素正反馈变为负反馈，使前向蚂蚁按照信息

4、素少优先的原则选择路径，克服了基本ACO收敛于唯一最优解的弊端，体现均衡能耗的思想；优先选择邻居节点中距Sink近的节点作为下一跳节点，防止数据汇集过程中出现回环现象，达到全局范围内均衡能量的目的。计算和仿真表明，算法EDG-ACO能有效提高网络的能耗均衡程度，延长网络生存周期。②基于移动Sink的传感器网络在解决“能量洞”问题时具有十分显著的效果，并可以与手持设备相结合，组成“泛在网”的终端网络。针对移动Sink场景，本文在第四章提出一种面向动态传感器网络的数据汇集算法。算法首先将目标区域划分为几个“单元”，

5、提出网络“热度”评价函数，根据网络评价函数给出Sink的移动策略，避免Sink盲目移动；通过节点剩余能量和角度的加权选择下一跳节点，有效避免选择能量较低的节点作为转发节点和“回环”现象的出现；采用移动Sink代理机制降低网络拓扑结构变化产生的能耗。分析和实验结果显示，与相关算法相比，能有效均衡网络能耗，延长网络寿命。关键词：无线传感器网络，数据汇集算法，能量均衡，蚁群优化，移动SinkI重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTWirelesssensornetworkisdistributedintheta

6、rgetareabyalargenumberofnodeswhichhasperception,computationandcommunicationcapabilities.Sincesensornodescalculatedbytheenergyandcapacityconstraints,howtoefficientlyusethelimitedenergyisthekeytowirelesssensornetworks.ThedatacollectionapplicationsofWirelesssen

7、sornetworkhavesomefeaturessuchascontinuousflowofnetworkdata,trafficflowand"manytoone".Indatacollectionprocess,someofthepathduetoheavytrafficcausedbyexcessiveenergyconsumptionofthepathnode,shortenthelifetimeofnetwork.Energybalancecaneffectivelyimprovethenetwo

8、rkqualityofserviceandresourceutilization,andbecamearesearchfocusinrecentyears.Inthispaper,withthegoalofimprovingnetworkqualityofservice,andextendingthenetworklifetime,Forstaticanddynamicsensorne