大规模带状无线传感器网络QoS路由优化的研究

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1、第26卷第4期电力科学与工程Vo1．26，No．4l，l2010年4月Elect~cPowerScienceandEnginee~ngApr．，2010大规模带状无线传感器网络QoS路由优化的研究张君艳，朱永利，彭伟(华北电力大学控制与计算机工程学院，河北保定071003)摘要：针对输电线路监测系统对无线传感器网络实时性和可靠性要求较高的特点，抽象出大规模带状无线传感器网络QoS路由模型，把网络带宽、时延、跳数、包成功接收率作为链路约束。鉴于蚁群算法收敛速度过慢、易陷入局部最优解和遗传算法不能充分利用系统反馈信息的缺陷，提出了一种用遗传一蚁群算法寻求最优QoS

2、路径的方法。仿真结果表明，改进的算法在遗传算法生成初始信息素分布的基础上利用蚁群算法能够快速地找到满足约束的最优路径，网络规模越大其优势越明显，有效地解决了大规模带状无线传感器网络QoS路由优化的问题。关键词：无线传感器网络；遗传算法；蚁群算法；服务质量；输电线路监测中图分类号：TP393文献标识码：A传感器网络QoS问题，算法的收敛性有所改善。0引言蚁群算法(AntColonyAlgorithm，ACA)是由意大利学者M．Dorigo等人于20世纪90年代初期，基于无线传感器网络的输电线路在线监测技通过模拟自然界中蚂蚁集体寻径的行为而提出的术是一门多学科高度

3、交叉、知识高度集成的新兴一种基于种群的启发式仿生进化系统，它被广技术j。无线传感器网络作为涵盖了数据感知、泛地用于求解各种NP疑难问题。处理和传输的复杂任务型网络，其面向应用的特本文针对蚁群算法因初期信息素匮乏，导致点给服务质量(QualityofService，QoS)的研究求解速度过慢，且易陷入局部最优解和遗传算法带来了许多新的挑战。无线传感器网络的基本应不能充分利用系统提供的反馈信息等缺陷，提出用类型包括事件驱动、时间驱动和查询驱动等多一种遗传一蚁群算法，来解决用于输电线路监测种复杂应用，不同的应用往往有不同的QoS需求。的无线传感器网络QoS路由的方法

4、。实验结果表在基于无线传感器网络的输电线路监测系统中，明，改进的算法在求解大规模无线传感器网络通过传感器节点对输电线路上的关键参数进行周QoS路由问题时具有显著的优势。期性采集，监测数据要求能够被可靠地传送到监控中心，因此，要求链路的分组丢失率尽可能低。1大规模带状无线传感器网络QoS路由用于输电线路监测的事件驱动型无线传感器网络问题的形式化描述对路径上的时间延迟大小非常敏感。如何合理有效地利用无线传感器网络资源，来保证输电线路针对输电线路监测系统对数据传输的实时性监测系统的服务质量，是大规模带状无线传感器和可靠性要求高的特点，无线传感器网络在以深网络QoS路

5、由优化所要解决的问题。度多跳的方式从源节点到汇聚节点传送数据的过遗传算法(GeneticAlgorithm，GA)是由美程中，把网络带宽、时延、跳数、链路质量评估国密歇根大学J．Holland教授于1975年提出的一参数——数据包到达成功率等传输参数作为传输类借鉴生物界的进化规律演化而来的随机化搜索路径上的QoS约束c，找到多约束最优传输路径。方法。文献[2]中用改进的遗传算法解决无线在抽象出的长链型QoS路由模型中，无线传感器收稿日期：2009—12—25。基金项目：国家自然科学基金资助项目(60974125)。作者简介：张君艳(1985一)，女，硕士研究生

6、，主要研究领域为无线传感器网络，E-m~l：kolazjy@yahoo．tom．cn。12电力科学与工程网络被抽象为无向赋权图G(V，E)，其中为本文抽象出的用于输电线路监测的大规模带顶点集，E是图的边的集合，对每条路径赋上相状L4无线传感器网络QoS路由模型如图1所示，应的QoS度量参数。无线传感器网络QoS路由问该拓扑结构具有节点规则部署后移动较少及邻居题是从图G中寻找满足QoS约束c并且从源节点节点有限等特殊性，模型中链路带宽由系统随机Js到目的节点D的可行路径P：S-+⋯一e⋯一产生，分布在1到10之间，带宽的约束条件设为D中消耗的网络资源最少的路径。

7、在大规模带状3bps；链路的时延大小分布在1到5之间，时延约无线传感器网络QoS路由优化的研究中，设定路束条件D设为20ins；数据包到达的成功率为9O％到径的QoS度量参数为：99％之间的数，其约束条件PRR设为50％。(1)带宽(BandWidth，BW)BW(P)=min{BW(e)，e∈E(P)}(2)时延D(P)=∑D(e)(3)跳数Hop(P)=∑Hop(e)图1用于输电线路监测的无线传感器网络QDs模型Fig．1QosmodelofWSNwithbandedStl'llc'tlll~Hop({将无线传感器网络中不满足带宽、时延、链(4)链路数据包

8、成功接收率(PacketRecep．路