水下无线传感器网络节能机会路由研究

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近年来,水下物联网受到社会越来越多的关注,得到了快速的发展。水下无线传感器网络是水下物联网的重要构成部分,已经逐渐成为研究和应用的重点,水下无线传感器网络路由负责完成水下无线传感器网络信息传递。然而,水下环境复杂多变,通信容易受到各种未知干扰,水下充电更是难以实现。能量有限是水下无线传感器网络路由面临的巨大挑战之一,良好的水下路由协议不仅需要克服恶劣的环境因素实现可靠的传输效率,还要考虑到如何保持更长网络的生存周期。网络能耗不均衡容易导致节点过早消耗完能量,可能导致网络空洞甚至影响整个网络正常运行。过多冗余节点参与转发会消耗更多能量,这两个问题都会缩短水下无线传感器网络的生存周期。本文针对以上两个问题对水下无线传感器网络路由协议进行研究和改进,具体的改进方案如下:(1)研究水下无线传感器网络路由的网络结构,针对在密集区域中过多冗余转发增加能耗的问题,提出一种转发区域划分的节能水下机会路由。该算法通过将初始转发区域划分为Reuleaux三角形,利用Reuleaux三角形特性,有效抑制冗余节点转发,减少能量消耗。由于水下环境复杂多变,转发区域根据不同区域的节点密集情况进行自适应调整。同时,该算法还考虑了节点剩余能量信息和节点两跳邻域信息,以此避免节点陷入局部最优。实验仿真证明该算法能有效减少能量消耗,增强水下传感器网络生存周期。(2)针对水下无线传感器网络路由能耗不均衡、数据传输延迟高等问题,提出一种基于麻雀搜索算法的水下机会路由。群智能优化算法在解决路径规划,寻找最佳路径问题上取得显著的效果,该算法将最新提出的麻雀搜索算法运用到水下无线传感器网络路由中,综合考虑节点的深度和剩余能量信息,计算深度和剩余能量权重来控制麻雀适应度值,然后通过麻雀搜索算法不断优化路由路径,以进行最佳路由路径选择。实验仿真表明,该路由算法能够有效平衡网络能耗,整体上提高网络的生存周期。
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