能量有效的无线传感器网络路由算法研究

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1、分类号密级硕士学位论文题目：能量有效的无线传感器网络路由算法研究英文并列题目：StudyonEnergyEfficientRoutingAlgorithmforWirelessSensorNetworks研究生：杨晓峰专业：控制科学与工程研究方向：控制理论与控制工程导师：彭力教授指导小组成员：学位授予日期：2016年6月答辩委员会主席：杨慧中江南大学地址：无锡市蠡湖大道1800号二○一六年六月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进巧的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外，论文中不

2、包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：％容成＿曰期：＞４年月曰＾气关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定：江南大学有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被査阅和借阅，可将学位论文的全部或部分巧容编入有关数据库进巧检索，可采用影印、缩印或若描等复制手段保存、汇编学位论文一，并且本人电子

3、文培的内容和纸质论文的内容相致。髓的学位论文在解密后也遵守此规定。签名：橋為导师签名：■曰觀文９／＜＾年Ｔ月＞曰？摘要摘要无线传感器网络是由许多可以感知和收集环境信息的微型传感器节点组成。随着低功耗数字电路和无线通信技术的发展，无线传感器网络被广泛用于军事设施及生态环境的监测和对运动目标的跟踪等。传感器节点体积微小，一般采用有限能量电池为其供电，而节点通常被大量部署在复杂的环境下，更换节点的电池几乎没有可能。因此设计高效、节能的路由协议是目前无线传感器网络的研究热点之一。本文从能量有效的层次分簇路由算法角度出发，优化网络的

4、拓扑结构，均衡节点的能量消耗，减少通信负载，节约网络能量，缓解“热区”问题的产生，延长网络的生存周期。本文将从以下三个方面对能量有效的非均匀分簇路由算法进行研究讨论并提出相应的改进型算法，与已有的算法作比较分析以验证本文算法的优越性。(1)针对无线传感器网络中数据冗余的问题，提出一种能量高效的无线传感器网络分簇数据融合算法。该算法选择簇首时综合考虑节点的剩余能量、到基站的距离和邻居节点的数目以划分不同规模的簇；然后利用已接收数据，采用辛普森积分法则计算预测收集数据，在保证采集数据准确性的前提下降低数据的冗余性，减少通信负载，降低网络能耗。仿

5、真结果表明，该算法能够对数据进行高效预测以减少网络通信量，网络的生存周期得以延长。(2)为了降低无线传感器网络的能量消耗，延长网络生存周期，提出一种基于剩余能量预测的模糊分簇算法。新算法根据节点与基站间的距离及周围邻居节点的数目，预估候选节点中继传输数据的能耗，得到相应的预测剩余能量。然后采用模糊算法在综合考虑候选节点的原始能量和预测剩余能量的基础上计算竞争半径，选出多个簇首，构建大小不均的簇。仿真实验表明，与其他路由算法相比，该算法可以更好地优化网络中簇的结构，均衡网络能耗，延长网络的生命周期。(3)针对无线传感器网络中的“热区”问题，在

6、研究分析平面和层次路由协议的基础上，提出了一种基于粒子群优化的混合多跳路由算法。该算法在分簇阶段，对热点区域外的节点采用非均匀分簇结构，融合簇内数据以减少流入热点区域的数据量；其次对热点区域内的节点不采取分簇以降低区域内节点的分簇能耗；最后在簇间通信阶段，通过粒子群优化算法寻找同时满足相邻两跳间最大通信距离的最小化和最大通信跳数的最小化的最优传输路径，实现整个网络的能量消耗最低。理论分析和实验结果均表明，提出算法在能量有效性和能耗均衡分配方面都有出色表现，可以有效避免“热区”问题的产生。关键词：无线传感器网络；路由协议；能量有效；非均匀分簇

7、；“热区”问题IAbstractAbstractWirelesssensornetworkiscomposedofalargenumberoftinysensornodeswhichcansenseandcollectenvironmentalinformation.Withthedevelopmentofdigitalcircuitandradiocommunicationtechnology,wirelesssensornetworkshavemoreandmorewidelyapplicationinindustry,military

8、,ecologicalenvironmentmonitoringfields.Thesizeofasensornodeissmallandusuallycarriesveryli