【摘 要】
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无线传感网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)作为21世纪前沿科技,使得人类感知能力得到了极大的延伸,已广泛应用于社会发展的各个领域中。由于传感器节点充电技术尚未成熟,致使不能及时对节点进行能量补充。因此设计出一种有效的分簇路由算法,降低和均衡网络整体能耗成为WSNs的一个热门研究课题。本文以能耗均衡作为研究切入点,结合自主性强,搜索精度高等特点的智能算法和根据网络能耗
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无线传感网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)作为21世纪前沿科技,使得人类感知能力得到了极大的延伸,已广泛应用于社会发展的各个领域中。由于传感器节点充电技术尚未成熟,致使不能及时对节点进行能量补充。因此设计出一种有效的分簇路由算法,降低和均衡网络整体能耗成为WSNs的一个热门研究课题。本文以能耗均衡作为研究切入点,结合自主性强,搜索精度高等特点的智能算法和根据网络能耗热点进行虚拟分区两种不同的方式,针对WSNs中节点能耗不均衡,路由路径能耗较高等问题,进行以下具体工作研究:(1)提出基于能耗均衡的改进蚁狮分簇路由算法(Improved Antlion Optimizer Cluster Routing Algorithm,IALOCRA)。该算法综合考虑节点剩余能量和整体传输距离对簇头竞选节点进行筛选;平衡精英蚁狮对蚂蚁的引力,使蚂蚁具有更高遍历性,更新蚂蚁搜索边界公式增强算法收敛性,平衡算法不同迭代时期全局和局部求解能力,得出较优簇头节点;传输信息时,Sink节点以自身为根节点向外拓扑,综合下一跳距离,剩余能量和子节点数量构建最小生成树传输路径,降低、均衡网络能耗,延长网络寿命。为验证该路由算法算法的有效性,在相同的WSNs网络模型中,将IALOCRA算法依次与LEACH和其他同类算法进行对比分析。实验表明,IALOCRA的网络生命周期相比于其他算法分别延长近523轮与392轮。(2)提出一种基于非均匀分区的分簇多跳算法(Non-uniform Partitions Multi-hop Clustering Algorithm,NPMCA)。该算法首先采用同心等环距网络模型,并通过实验验证得出最优环间距,以此均衡各环能耗s;通过簇首公式得出各环满足全覆盖时簇首数,并以节点能量,簇内能耗方差和簇内能耗三个方面选择优质簇头节点;簇间传输通过衡量下一跳节点能量、通讯距离以及跳转夹角三个因素使簇头节点选择适当簇间传输路径。以此改善簇头节点选举、分布不合理,网络能耗不均等问题,达到平衡、降低节点能耗,延长网络寿命的目的。仿真实验表明,在圆形WSNs区域内,NPMCA算法相比于LEACH和其他同类算法,分别能够有效延长206轮和129轮的网络生命周期。仿真实验结果表明,在小型WSNs环境中上述两种方式的路由算法能够有效筛选簇头节点、控制路径长度和节点能耗,对延长网络生命周期都具有一定的优化效果。图[19]表[6]参[71]
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